一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统，其包括：氢热虹吸管，呈封闭中空状，其包括由上至下依次设置的冷凝段、绝热段和蒸发段，冷凝段包括至少两个子冷凝段，蒸发段包括至少两个子蒸发段；每一子冷凝段和每一子蒸发段均分别控制；第一杜瓦，具有密闭空间，其内腔面缠绕控温换热管，工质可在控温换热管中流动,用于控制第一杜瓦内温度；固定装置，用于将氢热虹吸管悬空置于第一杜瓦中。本申请试验系统通过对冷凝段子冷凝段的分别控制以及蒸发段子蒸发段的分别控制，进而改变蒸发段、冷凝段的长度，以研究蒸发段、冷凝段、绝热段长度变化对氢虹吸换热器的影响。

An experimental system of continuous switching hydrogen thermosyphon under multiple working conditions

The utility model provides a multi working condition continuous switching hydrogen thermosyphon experimental system, which comprises: a hydrogen thermosyphon, which is in a closed hollow shape, and comprises a condensation section, an insulation section and an evaporation section arranged successively from top to bottom, wherein the condensation section comprises at least two sub condensation sections, and the evaporation section comprises at least two sub evaporation sections; each sub condensation section and each sub evaporation section are respectively controlled; the first Dewar has a closed space, the inner cavity surface of which is wound with a temperature control heat exchange tube, and the working medium can flow in the temperature control heat exchange tube to control the inner temperature of the first Dewar; the fixed device is used to suspend the hydrogen thermal siphon in the first dewar. The test system of the application changes the length of the evaporation section and the condensation section through the separate control of the condensation section and the evaporation section, so as to study the influence of the length change of the evaporation section, the condensation section and the insulation section on the hydrogen siphon heat exchanger.

【技术实现步骤摘要】
一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统
本申请涉及氢液化换热器领域，特别涉及一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统。
技术介绍
近年来，随着我国大型氦液化低温系统的建立，利用冷氦气制冷氢液化换热器生产液氢得以进行更为深入的研究和开发。设计氢液化换热器需要掌握氢的冷凝物性。由于氢的危险性，氢冷凝的公开实验很少，而且实验数据与常温流体得到的经验关系式存在较大出入；所以需要进一步实验总结氢的冷凝物性，以得到适合氢冷凝的关系式，指导氦制冷氢换热器的设计。直接利用换热器进行实验，具有设备投资成本高、运行成本高、实验时间长等缺点。利用仿真软件对氢的冷凝进行仿真，具有安全和成本低等优点，但其有效性还需要实验的验证。热虹吸管是研究冷凝物性的有效装置，具有投资低，效果直接、明显等优点，也能够大大简化仿真结构。因此，有必要设计氢热虹吸管实验系统来研究氢的冷凝性质。氢作为一种低温流体，氢热虹吸管需要工作在20K左右的低温下，需要配套低温系统，而低温系统的降温需要较长的时间和较高的成本，所以，对氢热虹吸管实验系统的工况还有在低温下即可连续切换的要求。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统，以研究氢的冷凝特性。一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统，其包括：氢热虹吸管，呈封闭中空状，其包括由上至下依次设置的冷凝段、绝热段和蒸发段，冷凝段包括至少两个子冷凝段，蒸发段包括至少两个子蒸发段；每一子冷凝段和每一子蒸发段均被用于分别控制；第一杜瓦，具有密闭空间，其内腔面缠绕控温换热管；固定装置，用于将氢热虹吸管悬空设置于第一杜瓦中。其中，实验系统进一步包括第二杜瓦，第一杜瓦放置于第二杜瓦内，第二杜瓦用于盛装液氮，液氮液面不高于所述第一杜瓦顶部，液氮的温度高于第一杜瓦内工质的温度。其中，冷凝段上紧密环绕冷凝换热管，该冷凝换热管自每一子冷凝段的顶部开始沿氢热虹吸管的外壁缠绕至该冷凝段的底部后再缠绕回其顶部。其中，冷凝换热管的出口端包括第一分支和第二分支，第一分支和第二分支上分别设置开关，第一分支连接控温换热管的入口端；第二分支连接外部工质回收装置。其中，冷凝段与绝热段之间、绝热段与蒸发段之间、相邻的子冷凝段之间、相邻的子蒸发段之间均采用绝热材料进行隔离。其中，冷凝段、绝热段和蒸发段的外部，以及氢热虹吸管上下表面均包覆绝热材料。其中，固定装置包括平衡盘、多个内牵引带、多个波纹结和多个外牵引带，内牵引带、波纹结和外牵引带一一对应，波纹结包括盲板、孔板和连接二者的波纹管，平衡盘固定在绝热段外侧，内牵引带的顶端和外牵引带的底端分别固定至盲板的相反侧面，内牵引带的底端固定至平衡盘上，外牵引带的顶端露出第二杜瓦，波纹结的孔板密封固定至第一杜瓦的顶盖上，且第一杜瓦的顶盖对应于波纹结的安装位置处设置牵引带通孔。其中，内牵引带、波纹结和外牵引带的数量均为3个，平衡盘上开设有用于安装内牵引带的3个牵引带安装通孔，其中两个牵引带安装通孔的中心距离平衡盘的中心具有相等的第一距离D1，另一个牵引带安装通孔的中心到平衡盘中心的距离为第二距离D2，D1＞D2，三个牵引带安装通孔的中心与平衡盘中心的连线两两之间呈120°。其中，固定装置还包括与外牵引带一一对应的多个电机。其中，氢热虹吸管外周呈圆柱状、圆锥状或台阶状。本申请试验系统通过对冷凝段上子冷凝段的分别控制以及控制蒸发段上子蒸发段分别控制，进而改变蒸发段、冷凝段的长度，以研究蒸发段、冷凝段、绝热段长度变化对氢虹吸换热器的影响；此外，通过电机或工具牵引外牵引带，可以使氢热虹吸管的中心轴线保持竖直或呈现一定倾角，以研究倾角的影响，或者使氢热虹吸管呈现一定频率的上下振动，以研究振动的影响。此外，由于该实验系统可以实现在同一装置多工况工作，且工况可连续切换，不需要整体温度恢复到室温切换工况，一次降温可以完成多工况的实验，大大节约了实验时间和成本。综上，该实验系统可以用于研究氢热虹吸管的倾角、充液率、振动、蒸发段长度、冷凝段长度、绝热段长度、冷凝温度、蒸发温度、冷凝热流密度、蒸发热流密度等多种参数的影响，且无需多次启停机就可完成多工况的连续切换。且在启停机的情况下，可以完成对不同形状氢热虹吸管的实验研究。附图说明图1为本技术一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统的剖视结构示意图；图2为图1所示实验系统的氢热虹吸管的第一实施方式的剖视结构示意图；图3为图1所示实验系统的氢热虹吸管的第二实施方式的剖视结构示意图；图4是图1所示实验系统的氢热虹吸管的第三实施方式的剖视结构示意图；图5是图1所示实验系统的第一杜瓦的透视图；图6是图1所示实验系统的平衡盘的透视图；图7是图1所示实验系统的波纹结与内、外牵引带连接示意图。具体实施方式图1-图7为本申请一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统的一种较佳实施例。在该较佳实施例中，实验系统包括氢热虹吸管10、第一杜瓦20、固定装置30和第二杜瓦40。氢热虹吸管10呈封闭中空状。从功能上划分，氢热虹吸管10包括由上至下依次设置的冷凝段11、绝热段12和蒸发段13；从结构上划分，氢热虹吸管10包括中空的管材和包覆于管材外的其他功能层。管材为一根封闭的、内部掏空的、具有一定壁厚的无氧铜管。请进一步结合图2至图4，优选地，氢热虹吸管外周呈圆柱状、圆锥状或台阶状。圆锥状的意义在于模拟翅片有一定斜角的板翅式换热器。在长度方向上有外周直径发生阶跃变化称为台阶状热虹吸管，意义在于模拟一般的板翅式换热器。管材的内壁表面可以为光滑的表面，也可以有微小、整齐均匀的翅片。管材的壁面开有用于充入和排出工质的开孔，实验过程中，管材中密封一定充液率的工质，例如，液氢。管材内外安装有用于监控温度的温度计和用于监控压力的压力计。冷凝段11包括至少两个子冷凝段(未图示)，蒸发段13包括至少两个子蒸发段(未图示)，每一子冷凝段和每一子蒸发段均分别控制。因此，冷凝段11和加热段13的长度均可调。冷凝段11上紧密环绕冷凝换热管，该冷凝换热管自每一子冷凝部的顶部(亦即远离蒸发段的一端)开始沿氢热虹吸管的管材外壁缠绕至该冷凝段的底部(即靠近蒸发段的一端)后再缠绕回其顶部。冷凝换热管用于导入流动工质。各子冷凝段的冷凝换热管的入口由相同的冷源提供流动工质，各子冷凝段的冷凝换热管的出口可以汇流在一起。冷凝段11的换热管中的工质可以是冷氦气或液氢。冷凝段11的冷凝换热管中的工质来自实验系统外部，去向实验系统外部的回收装置。通过调节冷凝管内的工质的温度、流量等参数，可以给冷凝段以恒热流、恒壁温等边界条件。可以靠制冷机的制冷、膨胀机的膨胀，以及在恒温液氢液池中通过等方式保证管内工质来流的温度的恒定。每一子蒸发段均为包覆于氢虹吸热管的管材外壁的加热器。加热器为蒸发段13提供恒定热流、恒定温度等热流条件。冷凝段11与绝热段12之间、绝热段12与蒸发段13之间，相邻的子冷凝段之间、相邻的子蒸发段之间均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统，其特征在于，所述实验系统包括：/n氢热虹吸管，呈封闭中空状，其包括由上至下依次设置的冷凝段、绝热段和蒸发段，所述冷凝段包括至少两个子冷凝段，所述蒸发段包括至少两个子蒸发段；每一子冷凝段和每一子蒸发段均被用于分别控制；/n第一杜瓦，具有密闭的空间，其内腔面缠绕控温换热管；/n固定装置，用于将氢热虹吸管悬空设置于所述第一杜瓦中。/n

【技术特征摘要】
1.一种多工况连续切换氢热虹吸管实验系统，其特征在于，所述实验系统包括：
氢热虹吸管，呈封闭中空状，其包括由上至下依次设置的冷凝段、绝热段和蒸发段，所述冷凝段包括至少两个子冷凝段，所述蒸发段包括至少两个子蒸发段；每一子冷凝段和每一子蒸发段均被用于分别控制；
第一杜瓦，具有密闭的空间，其内腔面缠绕控温换热管；
固定装置，用于将氢热虹吸管悬空设置于所述第一杜瓦中。


2.如权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述实验系统进一步包括第二杜瓦，所述第一杜瓦放置于所述第二杜瓦内，所述第二杜瓦用于盛装液氮，液氮液面不高于所述第一杜瓦顶部，所述液氮的温度高于所述第一杜瓦内的温度。


3.根据权利要求2所述的实验系统，其特征在于，所述冷凝段上环绕冷凝换热管，该冷凝换热管自每一子冷凝段的顶部开始沿所述氢热虹吸管的外壁缠绕至该冷凝段的底部后再缠绕回其顶部。


4.根据权利要求3所述的实验系统，其特征在于，所述冷凝换热管的出口端包括第一分支和第二分支，第一分支和第二分支上分别设置开关，第一分支连接所述控温换热管的入口端；第二分支连接外部工质回收装置。


5.根据权利要求2所述的实验系统，其特征在于，所述冷凝段与绝热段之间、所述绝热段与蒸发段之间、相邻的所述子冷凝段之间、相邻的所述子蒸发段之间均采用绝热材料进行隔离。

【专利技术属性】
技术研发人员：伍继浩，王金阵，吕翠，李青，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11