絕熱波紋管內低溫流體流動阻力和溫度分布測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及低溫流體流動與傳熱特性試驗測試裝置，尤其是涉及一種絕熱波紋管內低溫流體流動阻力和溫度分布測試裝置，屬于低溫工程與低溫技術領域。
【背景技術】
[0002]低溫流體流動與傳熱特性是能源開發、化工冶金、環境保護、醫療衛生、交通運輸、空間技術等領域廣泛關注的基本性質，新開發的產品通常都需要進行相關的實際測量。尤其是在超導電纜輸電、液化天然氣及液氫燃料的生產儲存和輸運等過程中，廣泛地涉及到各類管路、閥門、變徑等流體器件的流動特性測量。低溫流體的輸送和作為冷卻介質的循環都離不開真空絕熱管道，其中柔性波紋管在這類真空絕熱管中占有很大比例。設計一種簡單可靠的裝置能夠實現適合多種低溫流體在波紋管內特定條件下的流動與傳熱特性標準化測量具有重要價值。
[0003]公開號為CN102435632A的專利公開了一種低溫流體流動沸騰傳熱特性與壓降特性的試驗系統，該系統在真空杜瓦內安裝電加熱設備，主要針對換熱器管道內低溫流體流動沸騰這一特定條件開展傳熱與壓降特性研宄；它僅對換熱器管道進出口進行溫度測量，無法實現管道沿程溫度測量。此外，其過冷器無法實現77K以下溫區的流體預冷。期刊論文“波紋管內流動特性的實驗研宄”(工程熱物理學報，2008, 10:1725-1727)中公開了一種測量液氮在波紋管內流動阻力的實驗裝置，設有穩壓器使得進入波紋管的流體穩壓穩流，具有一定的優勢。但該裝置不便于替換不同規格的波紋管被測樣品，無法改變傾斜角度，未有測量波紋管沿程溫度分布，未有改變和檢測不同真空度漏熱情況下的性能測量等。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種絕熱波紋管內低溫流體流動阻力和溫度分布測試裝置，該裝置適合多種低溫流體絕熱波紋管內流動阻力和溫度分布測試，裝置簡單，安全可靠，可實現多種條件下的實驗測量，可方便替換被測樣品管路樣品，不僅給出不同漏熱條件下壓降特性，而且同步測量實驗段的溫度分布，更重要的是實現了被測管路在不同傾角下的測量功能。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]一種絕熱波紋管內低溫流體流動阻力和溫度分布測試裝置，該測試裝置包括通過金屬軟管相連接的低溫自增壓儲罐、兩級過冷器、波紋管實驗段、汽化器及氣體流量計，
[0007]所述的波紋管實驗段包括內波紋管、外波紋管、大直徑操作腔及內部填充芯體，所述的外波紋管套設在內波紋管外部，所述的內部填充芯體裝填在內波紋管管心處，所述的大直徑操作腔位于外波紋管的兩端，其中，所述的內波紋管的兩端與輸送低溫流體的金屬軟管連通，
[0008]在內波紋管和外波紋管之間形成真空絕熱空腔，該真空絕熱空腔與充排氣管路相連通，通過充排氣管路調整真空絕熱空腔內真空度，
[0009]在所述的波紋管實驗段內設置有溫度和壓力測量單元以及真空度測量單元，通過波紋管實驗段內溫度、壓力與真空度數據獲得絕熱波紋管內低溫流體流動阻力和溫度分布。
[0010]在金屬軟管上設有壓力調節閥、流量調節閥、背壓調節閥及開關閥，所述的壓力調節閥設在低溫自增壓儲罐與兩級過冷器之間，所述的流量調節閥設在兩級過冷器與波紋管實驗段之間，所述的背壓調節閥設在波紋管實驗段與汽化器之間，所述的開關閥設在汽化器與氣體流量計之間。
[0011]所述的兩級過冷器分為第一級過冷器和第二級過冷器，第一級過冷器由第一級盤管置于敞口保溫不銹鋼罐內構成；第二級過冷器由密閉的廣口杜瓦、置于廣口杜瓦內的第二級盤管，以及與廣口杜瓦內部連通的機械泵組成了，所述的第一級盤管與第二級盤管順序串聯在金屬軟管上。根據兩級過冷器來獲得過冷狀態的低溫流體，其中第一級過冷器在常壓下完成大部分的熱量交換，第二級過冷器在抽真空的條件下可以實現進一步的過冷換熱。
[0012]所述的內部填充芯體用于模擬內波紋管內插入物，所述的內部填充芯體通過聚四氟乙烯螺旋支撐結構固定于內波紋管管心，既耐溫，又進入流動阻力極小，更方便于拆卸替換。
[0013]所述的大直徑操作腔通過卡箍與外波紋管連接，使得大直徑操作腔內部與內波紋管和外波紋管之間形成的真空絕熱空腔相連通，所述的內波紋管的兩端與大直徑操作腔內的連接管通過卡套接頭連接，大直徑操作腔內的連接管與金屬軟管連通，在內波紋管和外波紋管之間形成的真空絕熱空腔內填充多層絕熱材料。通過打開該大直徑操作腔可實現內波紋管的卡套連接操作，以便靈活拆裝和更換被測波紋管和管芯樣品，從而實現被測波紋管和管芯樣品的不同規格替換實驗。
[0014]所述的充排氣管路與大直徑操作腔內部相連通，在充排氣管路上設有真空泵與真空閥，并在充排氣管路上設置充氣截止閥。
[0015]所述的溫度和壓力測量單元包括差壓變送器、底部溫度傳感器及頂部溫度傳感器，所述的差壓變送器的兩端與內波紋管的兩端連通，所述的差壓變送器實現微壓差測量，所述的底部溫度傳感器等間隔均勻安裝在內波紋管的豎直方向的底部外表面，所述的頂部溫度傳感器等間隔均勻安裝在內波紋管的豎直方向的頂部外表面；
[0016]所述的真空度測量單元包括與大直徑操作腔內部連接的真空規和數顯真空計，通過真空規和數顯真空計獲取內波紋管和外波紋管之間形成的真空絕熱空腔的真空度，通過改變真空度變更波紋管絕熱情況，模擬常年運行的低溫管路不同程度的漏氣工況，可用于監測不同真空度下試驗波紋管內的流動和傳熱特性。
[0017]所述的差壓變送器、底部溫度傳感器及頂部溫度傳感器均與數據采集卡連接，該數據采集卡與計算機連接，計算機根據由差壓變送器、底部溫度傳感器及頂部溫度傳感器獲得的溫度、壓力數據，獲得絕熱波紋管內低溫流體流動阻力和溫度分布。
[0018]所述的波紋管實驗段安放在支撐基座上，所述的支撐基座為兩段式可升降支架，包括底座、中間可伸縮支架及可拉伸鉸鏈，所述的中間可伸縮支架設在底座的中部，所述的可拉伸鉸鏈設有兩個，其一端連接在底座的左端或右端，另一端同時與中間可伸縮支架的頂端鉸接；通過調整可拉伸鉸鏈的角度實現支撐基座彎角變形，用于不同傾角下絕熱波紋管內低溫流體流動阻力和溫度分布測試。
[0019]與現有技術相比，本發明裝置適合多種低溫流體絕熱波紋管內流動阻力和溫度分布測試，裝置簡單，安全可靠，可實現多種條件下的實驗測量，可方便替換被測樣品管路樣品，通過本發明裝置不僅給出不同漏熱條件下壓降特性，而且同步測量實驗段的溫度分布，更重要的是實現了被測管路在不同傾角下的測量功能。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明測試裝置的結構示意圖；
[0021]圖2為本發明測試裝置波紋管實驗段的局部放大圖；
[0022]圖3為本發明測試裝置支撐基座的升降狀態示意圖。
[0023]圖中標號:I為低溫自增壓儲罐，2為壓力調節閥，3為不銹鋼罐，4為第一級盤管，5為廣口杜瓦，6為第二級盤管，7為機械泵，8為流量調節閥，9為大直徑操作腔，10為卡套接頭，11為內波紋管，12為卡箍，13為外波紋管，14為真空規，15為內部填充芯體，16為差壓變送器，17為底部溫度傳感器，18為頂部溫度傳感器，19為背壓調節閥，20為汽化器，21為開關閥，22為氣體流量計，23為充氣截止閥，24為真空閥，25為真空泵，26為數據采集卡，27為計算機，28為底座，29為中間可伸縮支架，30為可拉伸鉸鏈。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0025]實施例
[0026]一種絕熱波紋管內低溫流體流動阻力和溫度分布測試裝置，如圖1、圖2所示，該測試裝置包括通過金屬軟管相連接的低溫自增壓儲罐1、兩級過冷器、波紋管實驗段、汽化器20及氣體流量計22，在金屬軟管上設有壓力調節閥2、流量調節閥8、背壓調節閥19及開關閥21，壓力調節閥2設在低溫自增壓儲罐I與兩級過冷器之間，流量調節閥8設在兩級過冷器與波紋管實驗段之間，背壓調節閥19設在波紋管實驗段與汽化器20之間，開關閥21設在汽化器20與氣體流量計22之間。
[0027]兩級過冷器分為第一級過冷器和第二級過冷器，第一級過冷器由第一級盤管4置于敞口保溫不銹鋼罐3內構成；第二級過冷器由密閉的廣口杜瓦5、置于廣口杜瓦5內的第二級盤管6，以及與廣口杜瓦5內部連通的機械泵7組成了，第一級盤管4與第二級盤管6順序串聯在金屬軟管上。根據兩級過冷器來獲得過冷狀態的低溫流體，其中第一級過冷器在常壓下完成大部分的熱量交換，第二級過冷器在抽真空的條件下利用飽和蒸汽壓對應唯一飽和溫度的原理可以實現進一步的過冷換熱。
[0028]其中，波紋管實驗段包括內波紋管11、外波紋管13、大直徑操作腔9及內部填充芯體15，外波紋管13套設在內波紋管11外部，內部填充芯體15用于模擬內波紋管11內插入物，內部填充芯體15通過聚四氟乙烯螺旋支撐結構固定于內波紋管11管心，既耐溫，又進入流動阻力極小，更方便于拆卸替換。大直徑操作腔9位于外波紋管13的兩端，大直徑操作腔9通過卡箍12與外波紋管13連接，使得大直徑操作腔9內部與內波紋管11和外波紋管13之間形成的真空絕熱空腔相連通，內波紋管11的兩端與大直徑操作腔9內的連接管通過卡套接頭10連接，大直徑操作腔9內的連接管與金屬軟管連通，在內波紋管11和外波紋管13之間形成的真空絕熱空腔內填充多層絕熱材料。通過打開該大直徑操作腔9可實現內波紋管11的卡套連接操作，以便靈活拆裝和更換被測波紋管和管芯樣品，從而實現被測波紋管和管芯樣品的不