一种真空套管及超临界循环隔热测试回路

本申请涉及能源，尤其涉及一种真空套管及超临界循环隔热测试回路。

背景技术：

1、随着近年来科学技术的迅速发展，超临界压力流体管内流动与对流换热问题的研究在越来越多的工业技术领域获得了广泛的关注，如热泵与低温制冷系统、航天航空、核能利用、热能动力、化学化工、材料制造以及环境工程等。超临界压力流体具有的特殊性质和物性特点使其流动与对流换热与常规流体有较大的差异，问题更加复杂，对实验系统的设计提出了更高的要求。

2、现有的流动换热实验系统当中，主要是小型测试段的循环回路，而针对大型长管路的设计较少，同时加热的时候难以避免有热损失，较小的温度误差会引起很大的超临界流动和传热计算，特别是对于包含跨临界或者接近临界点等过程的实验工况。在实验中大多采用测试段外包覆保温层，这种方法容易导致装置冗杂，不易检修，同时热隔绝效果有限。因此，需要提供一套适用于大型循环回路的实验系统设计，减少热损失以解决上述问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供一种真空套管及超临界循环隔热测试回路，核心的部件是含有真空套管和观察窗的测试段，该套测试回路具备开展超临界水和超临界二氧化碳等多种工质的换热性能测试实验的能力，利用真空套管结构，有效地减少测试段的热损失；并通过观察窗实现对测试段壁面状态进行可视化监测。

2、第一方面，本申请实施例提供一种真空套管，用于超临界循环隔热测试回路的测试段，所述真空套管包括套设在所述测试段外侧的真空包覆壳层，所述真空包覆壳层与所述测试段的入口和出口通过第一法兰固定连接，所述真空包覆壳层上设有观察窗、抽真空孔以及绝缘接线端子，所述测试段通过所述绝缘接线端子与加热电源连接。

3、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述绝缘接线端子设置为两个，两个所述绝缘接线端子分别靠近所述测试段的入口和出口位置，所述测试段上连接有用于加热的金属块，所述金属块与所述绝缘接线端子位于所述真空包覆壳层内侧的一端连接，所述绝缘接线端子位于所述真空包覆壳层外侧的一端与所述加热电源连接。

4、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一法兰通过螺栓和螺母进行固定，所述螺栓上套设有绝缘垫圈，所述绝缘垫圈位于所述螺母与所述第一法兰之间。

5、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述观察窗位置处设有平面光源。

6、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述观察窗通过第二法兰固定在所述真空包覆壳层上。

7、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述真空包覆壳层设置为金属套管或玻璃套管的耐压套管。

8、第二方面，本申请实施例还提供一种超临界循环隔热测试回路，采用如第一方面任一实施例所述的真空套管，所述超临界循环隔热测试回路包括顺次连接的气瓶、冷却器、保温储液罐、循环泵、流量计、预热器、测试段和冷凝器构成的主循环回路，所述超临界循环隔热测试回路还包括缓冲罐和冷水机组，所述缓冲罐位于所述流量计与所述循环泵之间且与所述主循环回路连接，所述冷水机组与所述冷凝器和所述冷却器连接，所述真空套管连接于所述测试段的外侧。

9、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述循环泵设置为磁力齿轮泵、高压柱塞泵或超临界泵。

10、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述预热器的加热方式为水浴加热、油浴加热或电加热。

11、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述测试段为金属通道，所述金属通道设置为圆形通道、矩形通道或三角通道。

12、有益效果

13、本申请实施例中的超临界循环隔热测试回路，利用真空套管结构，有效减少测试段的加热损失，采用真空套管结构与传统保温棉相比能够将漏热率减少8倍。本申请的超临界循环隔热测试回路适用于各种大型的加热实验系统，实现超临界换热数据的精准测量，满足超临界布雷顿循环和朗肯循环等多种应用场景的测试需求。同时在真空套管的关键位置设置观察窗，实现对测试段壁面状态进行可视化监测。

技术特征：

1.一种真空套管，用于超临界循环隔热测试回路的测试段(14)，其特征在于，所述真空套管包括套设在所述测试段(14)外侧的真空包覆壳层，所述真空包覆壳层与所述测试段(14)的入口和出口通过第一法兰(1)固定连接，所述真空包覆壳层上设有观察窗(5)、抽真空孔(3)以及绝缘接线端子(4)，所述测试段(14)通过所述绝缘接线端子(4)与加热电源连接。

2.根据权利要求1所述的真空套管，其特征在于，所述绝缘接线端子(4)设置为两个，两个所述绝缘接线端子(4)分别靠近所述测试段(14)的入口和出口位置，所述测试段(14)上连接有用于加热的金属块，所述金属块与所述绝缘接线端子(4)位于所述真空包覆壳层内侧的一端连接，所述绝缘接线端子(4)位于所述真空包覆壳层外侧的一端与所述加热电源连接。

3.根据权利要求1所述的真空套管，其特征在于，所述第一法兰(1)通过螺栓和螺母进行固定，所述螺栓上套设有绝缘垫圈(2)，所述绝缘垫圈(2)位于所述螺母与所述第一法兰(1)之间。

4.根据权利要求1所述的真空套管，其特征在于，所述观察窗(5)位置处设有平面光源。

5.根据权利要求1所述的真空套管，其特征在于，所述观察窗(5)通过第二法兰固定在所述真空包覆壳层上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的真空套管，其特征在于，所述真空包覆壳层设置为金属套管或玻璃套管的耐压套管。

7.一种超临界循环隔热测试回路，采用如权利要求1-6任一项所述的真空套管，其特征在于，所述超临界循环隔热测试回路包括顺次连接的气瓶(7)、冷却器(8)、保温储液罐(9)、循环泵(10)、流量计(12)、预热器(13)、测试段(14)和冷凝器(16)构成的主循环回路，所述超临界循环隔热测试回路还包括缓冲罐(11)和冷水机组(17)，所述缓冲罐(11)位于所述流量计(12)与所述循环泵(10)之间且与所述主循环回路连接，所述冷水机组(17)与所述冷凝器(16)和所述冷却器(8)连接，所述真空套管连接于所述测试段(14)的外侧。

8.根据权利要求7所述的超临界循环隔热测试回路，其特征在于，所述循环泵(10)设置为磁力齿轮泵、高压柱塞泵或超临界泵。

9.根据权利要求7所述的超临界循环隔热测试回路，其特征在于，所述预热器(13)的加热方式为水浴加热、油浴加热或电加热。

10.根据权利要求7所述的超临界循环隔热测试回路，其特征在于，所述测试段(14)为金属通道，所述金属通道设置为圆形通道、矩形通道或三角通道。

技术总结
本申请提供一种真空套管及超临界循环隔热测试回路，属于能源技术领域，真空套管包括套设在测试段外侧的真空包覆壳层，真空包覆壳层与测试段的入口和出口通过第一法兰固定连接，真空包覆壳层上设有观察窗、抽真空孔以及绝缘接线端子，测试段通过绝缘接线端子与加热电源连接。超临界循环隔热测试回路包括顺次连接的气瓶、冷却器、保温储液罐、循环泵、流量计、预热器、测试段和冷凝器构成的主循环回路，还包括缓冲罐和冷水机组，缓冲罐位于流量计与循环泵之间且与主循环回路连接，冷水机组与冷凝器和冷却器连接，真空套管连接于测试段的外侧。通过本申请的处理方案，有效地减少测试段的热损失，实现测试段壁面状态可视化监测。

技术研发人员：陈林,杨董
受保护的技术使用者：中国科学院工程热物理研究所
技术研发日：20230322
技术公布日：2024/1/15