[发明专利]一种基于直流电阻加热的气体换热实验装置

说明书

本发明公开了一种基于直流电阻加热的气体换热实验装置，涉及能源与动力技术领域。包括下腔室、真空室、上腔室三个腔室，以及贯穿三个腔室的实验段；实验段的入口和出口分别置于下腔室、上腔室，且实验段的入口和出口均设置有温度传感器和引压管；真空室内，实验段两端分别设置有夹持电极，且夹持电极之间的实验段上设置有温度传感器组。本发明采用低电压高直流电对实验段进行供电加热，可以开展高加热功率、多种气体在不同流道内的流动传热特性研究，在满足实验要求条件下，本实验装置具有良好的密封性、安全性和可靠性。

技术领域

本发明涉及应堆设计技术领域，特别是涉及一种基于直流电阻加热的气体换热实验装置。

背景技术

大部分换热系统和设备都需要冷却剂作为热量传递的介质，在特殊需求的能源动力行业中，如燃气轮机及设备冷却、空气冷却航空发动机、火箭发动机、氦气冷却核聚变反应堆包层、高温气冷反应堆(氦气、氮气、氩气、二氧化碳、氦氙混合气体等)、氢气冷却核热推进反应堆以及各种气体换热器，均采用密度低、压缩性好的气体作为冷却剂。气体介质在换热设备中的传热性能关乎设备的设计、使用和安全，特别是在温度很高的换热部件中，工质在流道内的传热会存在导热-对流-辐射以及热化学反应，壁面温度与工质温度之比、进出口工质温度梯度等十分明显，导致工质的热物理性质发生剧烈变化，这关乎到热量传递过程和换热部件的性能，因此，获取在宽热工参数范围内变物性气体工质复杂流动传热机理等物理问题十分重要，需要相关的实验研究该问题。

目前，气体加热装置采用直流电弧电离式、直流电阻式、电磁感应式、电阻电热体导热式、蓄热式、红外式、气动式、换热器式等方式加热气体。考虑到直流电阻式加热可以提供稳定的、均匀的、更高的壁面热流密度，更适合应用于实验装置中开展气体传热特性机理研究。此外气体密度小，实验装置在长期运行中会因密封不好、结构失效等原因发生泄漏，特别是氢气这类易燃易爆气体，会导致危险事故发生。因此，具有优良密封性、安全性、稳定壁面热流密度的气体换热实验装置对开展变物性气体流动传热特性机理研究是十分必要的。目前，涉及直流电阻加热气体换热的实验装置少有研究和报道。

发明内容

本发明主要目的在提供一种基于直流电阻加热的气体换热实验装置，通过本发明实验装置可开展复杂条件下不同实验加热段结构与尺寸、不同热工参数(温度、压力、流量、高热流密度等)、不同气体的流动传热特性，为如燃气轮机及设备冷却、空气冷却航空发动机、火箭发动机、氦气冷却核聚变反应堆包层、高温气冷反应堆(氦气、氮气、氩气、二氧化碳、氦氙混合气体等)、氢气冷却核热推进反应堆以及各种气体换热器等多种特殊系统与设备换热性能设计、研究提供支持。

为达上述目的，本发明提供一种基于直流电阻加热的气体换热实验装置，包括下腔室、真空室、上腔室三个腔室，以及贯穿三个腔室的实验段；所述真空室上端与上腔室采用紧固螺栓螺母及密封件密封连接，所述真空室下端与下端板采用紧固螺栓螺母及密封件密封连接；所述上腔室与上部盲板采用紧固螺栓螺母及密封件密封连接；所述下腔室与下端板采用紧固密封件密封连接；所述实验段具有通道，所述通道的入口和出口分别置于下腔室、上腔室，且实验段的入口和出口均设置有温度传感器和引压管；实验段通过实验段上部密封卡套、实验段下部密封卡套与三个腔室固定连接，实验段上部密封卡套、实验段下部密封卡套内部均设置有耐高温密封填料；真空室内，实验段两端分别设置有夹持电极，且夹持电极之间的实验段上设置有温度传感器组。

进一步的，所述真空室上设置有电极孔、引线孔、气孔，分别用于引出电极、引出传感器接线、充放气。

进一步的，所述实验段的截面为圆形、三角形、四边形、六边形中的一种；所述实验段为单通道或多通道结构；所述实验段材料采用铜、钼、钨中的一种，或其中一种或几种的合金；或者不锈钢。

进一步的，所述实验段长度为20～120厘米，直径为0.3～5厘米。

进一步的，所述温度传感器和温度传感器组均采用热电偶或热电阻。