CN117723327B - 一种2k负压可视化换热器测试平台、***及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2K负压可视化换热器测试平台、***及使用方法，2K负压可视化换热器测试平台包括真空罩、4K常压液氦罐、待测2K负压换热器和2K负压超流氦罐，真空罩内具有设置于其内壁上的冷屏，4K常压液氦罐、待测2K负压换热器和2K负压超流氦罐设置于冷屏内，测试***包括低温测试阀箱、测控控制器以及2K负压可视化换热器测试平台。本发明可用于高精度研究深低温环境下不同换热器类型、翅片类型、几何尺寸和质量流量下换热器的流动、传热特性以及评价不同翅片单元的流动压降、换热系数随雷诺数变化关系并可通过光学测试技术测量芯体和封头内部通道的速度分布，为未来更大制冷机中负压换热器的选型设计提供数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及制冷与深低温技术领域，尤其涉及一种2K负压可视化换热器测试平台、***及使用方法。
背景技术
氦低温***是大科学装置中不可或缺的基础设施。2K负压换热器是指工作在4K液氦和2K超流氦温区的换热器，能够用于回收深低温***冷量和提高超流氦的产生率。2K负压换热器运行在深低温和负压环境下，换热温差小。氦在深低温环境下的物性变化剧烈，且存在4K液氦和2K超流氦两种物态的转变。
2K负压换热器的传热、压降性能和体积，对深低温***的性能、建设及运行成本有重要影响。目前，国内外在进行换热器设计时，要么直接采用通过空分实验得到的传热和流动关系式，要么直接将某一类型换热器的传热和流动关系式应用到另一类型或新工况下的换热器中，但是将这些关系式直接应用到超低温***中会有较大误差。此外，采用传统侵入式测速方法不能高精度、大范围测量不透明通道中氦的速度分布。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的不足，提供一种2K负压换热器测试平台、***及使用方法，其可用于高精度研究深低温环境下不同换热器类型、翅片类型、几何尺寸和质量流量下换热器的流动、传热特性以及评价不同翅片单元的流动压降、换热系数随雷诺数变化关系，并可通过光学测试技术测量芯体和封头内部通道的速度分布，为未来更大制冷机中负压换热器选型设计提供数据支撑。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种2K负压可视化换热器测试平台，包括真空罩、4K常压液氦罐、待测2K负压换热器和2K负压超流氦罐，所述真空罩内具有设置于其内壁上的冷屏，所述冷屏外侧设置的进气管道和回气管道分别连接第一进气管路和第一回气管路，所述真空罩还连接有第一真空泵，所述真空罩与所述第一真空泵的连接管道上设置有常温开关阀，所述4K常压液氦罐、所述待测2K负压换热器和所述2K负压超流氦罐设置于所述冷屏内；
所述真空罩上具有4K进液管路，所述4K进液管路进入所述真空罩内后分成第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路通过低温节流阀连接所述4K常压液氦罐的冷侧入口管路，所述第二支路通过低温调节阀连接所述4K常压液氦罐的热侧入口，所述第三支路连接所述2K负压超流氦罐，所述第三支路与所述2K负压超流氦罐的连接管路上设置有低温调节阀，所述4K常压液氦罐的冷侧出口连接第二回气管路，所述4K常压液氦罐的热侧出口连接所述待测2K负压换热器的热侧入口，所述4K常压液氦罐的热侧出口和所述待测2K负压换热器的热侧入口的连接管路上设置有低温截止阀和流量计，所述待测2K负压换热器的热侧出口连接所述2K负压超流氦罐，所述待测2K负压换热器的热侧出口和所述2K负压超流氦罐的连接管路上设置有低温节流阀，所述待测2K负压换热器的冷侧入口连接所述2K负压超流氦罐，所述待测2K负压换热器的冷侧出口连接第一回液管路；
所述第一进气管路上设置有温度传感器和压力传感器，所述第一回气管路上设置有温度传感器，所述4K进液管路上设置有温度传感器和压力传感器，所述4K常压液氦罐布置有温度传感器和4K常压液位计，所述4K常压液氦罐的冷侧出口管路上设置有压力传感器，所述待测2K负压换热器的热侧入口管路、热侧出口管路、冷侧入口管路和冷侧出口管路上分别设置有温度传感器和压力传感器，所述第一回液管路上设置有流量计、压力传感器和温度传感器，所述待测2K负压换热器的热侧两端之间和冷侧两端之间分别连接有差压传感器，所述2K负压超流氦罐布置有温度传感器、4K负压液位计和2K负压液位计；
所述待测2K负压换热器的部件由高透光材料制成，所述真空罩和所述冷屏上具有对应所述待测2K负压换热器设置的测速区域，所述测速区域由高透光材料制成。
优选的，所述4K常压液氦罐的热侧出口和所述待测2K负压换热器的热侧入口的连接管路包括多个并联设置的连接支路，每一所述连接支路上分别有低温截止阀和流量计，每一所述连接支路上的流量计类型不同。
优选的，所述4K常压液氦罐的热侧出口和所述待测2K负压换热器的热侧入口的连接管路包括多个并联设置的连接支路，每一所述连接支路上分别有低温截止阀和流量计，每一所述连接支路上的流量计类型不同。
优选的，所述待测2K负压换热器的热侧入口管路、热侧出口管路、冷侧入口管路和冷侧出口管路上分别设置有压力传感器，所述待测2K负压换热器的冷侧入口管路和冷侧出口管路上分别布置有两台量程不同的压力传感器。
优选的，所述2K负压超流氦罐罐底和所述冷屏外侧底部分别设置有加热器。
优选的，所述第一回液管路上具有并联设置于其上流量计两端的低温截止阀。
第二方面，本发明提供一种2K负压可视化换热器测试***，包括低温测试阀箱、测控控制器以及如上述第一方面中所述的2K负压可视化换热器测试平台，所述测控控制器内装载有测控程序；
所述低温测试阀箱内分别设置有冷屏回气管路、换热器回液管路、降温回气管路、换热器进液管路、冷屏进气管路、第一混合器和第二混合器，所述冷屏回气管路连接所述第一回气管路，所述换热器回液管路连接所述第一回液管路，所述降温回气管路连接所述第二回气管路，所述冷屏回气管路、所述换热器回液管路和所述降温回气管路上分别设置有低温调节阀，所述换热器回液管路上还设置有位于其低温调节阀下游的加热器、常温开关阀和第二真空泵，所述冷屏回气管路与所述降温回气管路之间设置有第一支管，所述换热器回液管路与所述降温回气管路之间设置有第二支管，所述第一支管和所述第二支管上分别设置有低温调节阀，所述第一混合器分别连接所述4K进液管路和所述换热器进液管路，所述第二混合器分别连接所述第一进气管路和所述冷屏进气管路，所述换热器进液管路和所述冷屏进气管路上设置有低温调节阀，所述低温测试阀箱外还设置有抽空回温回气管路和置换回温进气管路，所述抽空回温回气管路上设置有第三真空泵和常温开关阀，所述抽空回温回气管路上设置有三个连接支管，所述连接支管上具有常温开关阀，所述冷屏回气管路、所述换热器回液管路和所述降温回气管路分别通过其中一个所述连接支管连接所述抽空回温回气管路，所述连接支管分别连接于所述冷屏回气管路、所述换热器回液管路和所述降温回气管路上的低温调节阀的上游处，所述置换回温进气管路分别连接所述第一混合器和所述第二混合器，所述置换回温进气管路和所述第一混合器的连接管路上设置有常温调节阀和单向阀，所述置换回温进气管路和所述第二混合器的连接管路上设置有常温调节阀；
所述测控控制器分别与所述真空罩和所述低温测试阀箱的各阀门和各传感器通信连接。
优选的，所述4K进液管路、所述4K常压液氦罐的热侧出口管路、所述待测2K负压换热器的热侧入口管路以及各所述连接支管上分别具有排气支管，所述排气支管上分别设置有安全阀和***片。
优选的，所述待测2K负压换热器的热侧入口管路的所述排气支管上还设置有单向阀。
第三方面，本发明提供一种如上述第二方面中所述的2K负压可视化换热器测试***的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.关闭除真空罩和第一真空泵的连接管道上的常温开关阀以外的所有阀门，启动第一真空泵对真空罩持续进行持续抽真空处理，使得真空罩内的真空度维持在1×10-3Pa以下；
S2.分别打开真空罩内各管路上的阀门以及抽空回温回气管路和各连接支管上的常温开关阀，启动第三真空泵对4K常压液氦罐、待测2K负压换热器、2K负压超流氦罐以及各管路进行抽真空处理，待第一进气管路和4K进液管路上的压力传感器的显示压力为10-100Pa时，关闭抽空回温回气管路和各连接支管上的常温开关阀并关停第三真空泵，打开置换回温进气管路与第一混合器和第二混合器连接管路上的常温调节阀分别向第一进气管路和4K进液管路输入300K氦气，待第一进气管路和4K进液管路上的压力传感器的显示压力约为1-2bara时，关闭置换回温进气管路与第一混合器和第二混合器连接管路上的常温调节阀，静置5-10分钟，完成一次气体置换过程；
S3.重复2次步骤S2；
S4.分别打开真空罩内各管路上的阀门以及抽空回温回气管路和各连接支管上的常温开关阀，启动第三真空泵对4K常压液氦罐、待测2K负压换热器、2K负压超流氦罐以及各管路进行抽真空处理，待第一进气管路和4K进液管路上的压力传感器的显示压力为10-100Pa时，先关闭抽空回温回气管路和各连接支管上的常温开关阀并关停第三真空泵，再关闭真空罩各管路上的阀门；
S5.打开第一支管上和冷屏进气管路上的低温调节阀，向冷屏外侧螺旋绕管内输入50K氦气进行降温，待第一回气管路上的温度传感器的显示温度约为75K后，打开冷屏回气管路上的低温调节阀并关闭第一支管上的低温调节阀，通过冷屏进气管路向冷屏内输入50K氦气继续降温2-3小时，减少辐射漏热；
S6.分别打开第一支路上的低温节流阀以及降温回气管路和换热器进液管路上的低温调节阀，向4K进液管路输入加压液氦(4.7K，3bara)，同步打开第三支路和第二支管上的低温调节阀向2K负压超流氦罐注入加压液氦(4.7K，3bara)进行预冷，待4K常压液氦罐的温度传感器的显示温度为4.7K时，将第一支路上的低温节流阀的开度设置为5％-8％以将第一支路上的加压液氦(4.7K，3bara)减压降温为常压液氦(4.2K，1bara)，待第二回气管路上的压力传感器的显示压力约为1.1bara时，使用测控程序联锁第一支路上的低温节流阀和第二回气管路上的压力传感器，使得第二回气管路上的压力传感器的显示压力始终保持在1.1bara左右，打开第二支路上的低温调节阀、4K常压液氦罐的热侧出口和待测2K负压换热器的热侧入口的连接管路上的低温截止阀，通过4K常压液氦罐冷侧的常压液氦(4.2K，1bara)将4K常压液氦罐热侧的加压液氦(4.7K，3bara)预冷为加压液氦(4.2K，2.92bara)并保持其压力和温度稳定；
S7.打开待测2K负压换热器热侧出口和2K负压超流氦罐连接管路上的低温节流阀向待测2K负压换热器热侧输入加压液氦(4.2K，2.92bara)，待2K负压超流氦罐的温度传感器和4K常压液位计的显示温度和显示液位分别约为4.7K和50％-80％时，将待测2K负压换热器热侧出口和2K负压超流氦罐连接管路上的低温节流阀开度设置为5％-10％以将待测2K负压换热器流出的加压液氦(4.2K，2.92bara)减压降温为2.2K超流氦(3130Pa)，同时打开换热器回液管路上的低温调节阀和常温开关阀，启动第二真空泵将2K负压超流氦罐中4K液氦的汽化热量带走，待待测2K负压换热器冷侧入口管路上的压力传感器的显示压力约为3100Pa时，通过测控程序联锁待测2K负压换热器热侧出口和2K负压超流氦罐连接管路上的低温节流阀和待测2K负压换热器冷侧入口管路上的压力传感器，使得待测2K负压换热器冷侧入口管路上的压力传感器的显示压力始终保持在3100Pa左右；
S8.关闭第三支路、第一支管和第二支管上的低温调节阀，打开冷屏回气管路和换热器回液管路上的低温调节阀，等待待测2K负压换热器热侧入口管路和冷侧入口管路上的温度传感器、4K常压液氦罐的4K常压液位计以及2K负压超流氦罐的2K负压液位计的显示参数达到以下测试工况并维持10分钟以上：待测2K负压换热器热侧入口管路和冷侧入口管路上的温度传感器显示温度分别约为4.2K和2.2K，4K常压液氦罐的4K常压液位计和2K负压超流氦罐的2K负压液位计显示液位分别约为70-90％；
S9.保持待测2K负压换热器的热侧入口和冷侧入口流量相等，测量待测2K负压换热器冷热两侧在不同流量下的温度和压降，并使用粒子图像测试法(PIV)测量换热器不同流道内的速度分布，测量流量范围为1.0-5.0g/s，间隔0.5g/s测量一组，然后分析不同雷诺数下某一换热器的换热效率、流动压降、速度分布随雷诺数的变化关系，并评价J-F因子的变化关系，J-F因子的表达式如下：
式中：Nu为努塞尔数；Re为雷诺数；Pr为普朗特数；ΔP为压降，Pa；D为水力直径，m；ρ为密度，kg/m3；v为速率，m/s，l为流动长度，m；
S10.固定待测2K负压换热器的热侧入口流量为某一数值不变，测量待测2K负压换热器冷侧入口在不同流量下的温度和压降，并使用粒子图像测试法(PIV)测量换热器不同流道内的速度分布，冷侧测量流量范围为1.0-5.0g/s，间隔0.5g/s测量一组，然后分析不同雷诺数下某一换热器的换热效率、流动压降、速度分布随雷诺数的变化关系，并评价J-F因子的变化关系；
S11.固定待测2K负压换热器的冷侧入口流量为某一数值不变，测量待测2K负压换热器热侧入口在不同流量下的温度和压降，并使用粒子图像测试法(PIV)测量换热器不同流道内的速度分布，热侧测量流量范围为1.0-5.0g/s，间隔0.5g/s测量一组，然后分析不同雷诺数下某一换热器的换热效率、流动压降、速度分布随雷诺数的变化关系，并评价J-F因子的变化关系；
S12.测试完成后，关闭真空罩与第一真空泵连接管道上的常温开关阀并关停第一真空泵，打开第一支管和第二支管上的低温调节阀，关闭冷屏回气管路、换热器回液管路、换热器进液管路和冷屏进气管路上的低温调节阀，停止向冷屏和4K进液管路分别注入50K氦气和加压液氦(4.7K，3bara)，将第一支路以及待测2K负压换热器热侧出口和2K负压超流氦罐连接管路上的低温节流阀开度调整为100％，打开第三支路上的低温调节阀，打开各连接支管上的常温开关阀，通过置换回温进气管路向冷屏和4K进液管路输入300K氦气，调整置换回温进气管路与第一混合器和第二混合器之间的常温调节阀的开度使得第一进气管路和4K进液管路上的压力传感器的显示压力约为2-3bara；
S13.待2K负压可视化换热器测试***的各管路和设备内的温度和压力分别恢复至常温和常压后，关闭2K负压可视化换热器测试***的所有阀门和设备；
S14.将2K负压可视化换热器测试平台与低温测试阀箱分离，将待测2K负压换热器更换为其他翅片类型、几何尺寸的2K负压换热器，重复上述步骤进行性能测试。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的2K负压换热器测试平台可用于高精度研究深低温环境下不同换热器类型、翅片类型、几何尺寸和质量流量下换热器的流动、传热特性以及评价不同翅片单元的流动压降、换热系数随雷诺数变化关系并可通过光学测试技术测量芯体和封头内部通道的速度分布，为未来更大制冷机中负压换热器的选型设计提供数据支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。需要说明的是，在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一实施例中所述2K负压换热器测试***的整体结构示意图。
图中：
1、真空罩；11、冷屏；12、第一进气管路；13、第一回气管路；14、第一真空泵；15、4K进液管路；151、第一支路；152、第二支路；153、第三支路；16、第二回气管路；17、第一回液管路；18、连接支路；2、4K常压液氦罐；3、待测2K负压换热器；4、2K负压超流氦罐；5、低温测试阀箱；51、冷屏回气管路；52、换热器回液管路；521、第二真空泵；53、降温回气管路；531、第一支管；532、第二支管；54、换热器进液管路；55、冷屏进气管路；56、第一混合器；57、第二混合器；58、抽空回温回气管路；581、第三真空泵；582、连接支管；59、置换回温进气管路；6、排气支管；71、低温节流阀；72、低温调节阀；73、低温截止阀；74、常温开关阀；75、常温调节阀；76、单向阀；77、安全阀；81、温度传感器；82、压力传感器；83、4K常压液位计；84、差压传感器；85、4K负压液位计；86、2K负压液位计；87、文丘里流量计；88、艾默生流量计；89、涡轮流量计；9、加热器。
其中，对于相同类型的阀门、传感器和流量计，附图中仅对一处进行标记。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的***或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
目前，国内外在进行换热器设计时，要么直接采用通过空分实验得到的传热和流动关系式，要么直接将某一类型换热器的传热和流动关系式应用到另一类型或新工况下的换热器中，但是将这些关系式直接应用到超低温***中会有较大误差。因此，本发明提供一种2K负压换热器测试平台、***及使用方法，其可用于高精度研究深低温环境下不同换热器类型、翅片类型、几何尺寸和质量流量下换热器的流动、传热特性以及评价不同翅片单元的流动压降、换热系数随雷诺数变化关系并可通过光学测试技术测量芯体和封头内部通道的速度分布，为未来更大制冷机中负压换热器的选型设计提供数据支撑。
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供了一种2K负压换热器测试平台，包括真空罩1、4K常压液氦罐2、待测2K负压换热器3和2K负压超流氦罐4，真空罩1内具有设置于其内壁上的冷屏11，冷屏11外侧的进气管道和回气管道分别连接第一进气管路12和第一回气管路13，真空罩1还连接有第一真空泵14，真空罩1与第一真空泵14的连接管道上设置有常温开关阀74，4K常压液氦罐2、待测2K负压换热器3和2K负压超流氦罐4设置于冷屏11内；
真空罩1上具有4K进液管路15，4K进液管路15进入真空罩1内后分成第一支路151、第二支路152和第三支路153，第一支路151通过低温节流阀71连接4K常压液氦罐2的冷侧入口管路，第二支路152通过低温调节阀72连接4K常压液氦罐2的热侧入口，第三支路153连接2K负压超流氦罐4，第三支路153与2K负压超流氦罐4的连接管路上设置有低温调节阀72，4K常压液氦罐2的冷侧出口连接第二回气管路16，4K常压液氦罐2的热侧出口连接待测2K负压换热器3的热侧入口，4K常压液氦罐2的热侧出口和待测2K负压换热器3的热侧入口的连接管路上设置有低温截止阀73和流量计，待测2K负压换热器3的热侧出口连接2K负压超流氦罐4，待测2K负压换热器3的热侧出口和2K负压超流氦罐4的连接管路上设置有低温节流阀71，待测2K负压换热器3的冷侧入口连接2K负压超流氦罐4，待测2K负压换热器3的冷侧出口连接第一回液管路17；
第一进气管路12上设置有温度传感器81和压力传感器82，第一回气管路13上设置有温度传感器81，4K进液管路15上设置有温度传感器81和压力传感器82，4K常压液氦罐2布置有温度传感器81和4K常压液位计83，4K常压液氦罐2的冷侧出口管路上设置有压力传感器82，待测2K负压换热器3的热侧入口管路、热侧出口管路、冷侧入口管路和冷侧出口管路上分别设置有温度传感器81和压力传感器82，第一回液管路17上设置有流量计、压力传感器82和温度传感器81，待测2K负压换热器3的热侧两端之间和冷侧两端之间分别连接有差压传感器84，2K负压超流氦罐4布置有温度传感器81、4K负压液位计85和2K负压液位计86。相比4K负压液位计85，2K负压液位计86在2K工况下的测量精度更高。
优选的，第一支路151以及待测2K负压换热器3热侧出口和2K负压超流氦罐4的连接管路上的低温节流阀71为焦耳-汤姆逊节流膨胀阀(J-T阀)，4K常压液氦罐2为浸液式盘管换热器，4K常压液氦罐2的最小允许容积为液体完全浸没盘管换热器。当然，在本发明的其它一些具体实施例中，也可以选用其它类型的低温节流阀71和4K常压液氦罐2。
具体的，本实施例通过4根丝杆固定安装待测2K负压换热器3，在水平两个方向和竖直方向上使用螺栓固定和调平，可以较方便地更换为不同类型和尺寸的换热器。
进一步的，第一真空泵14为分子泵+机械泵组合使用。
本实施例提供的2K负压换热器测试平台可用于高精度研究深低温环境下不同换热器类型、翅片类型、几何尺寸和质量流量下换热器的流动、传热特性以及评价不同翅片单元的流动压降、换热系数随雷诺数变化关系并可通过光学测试技术测量芯体和封头内部通道的速度分布，为未来更大制冷机中负压换热器的选型设计提供数据支撑。
进一步的，第一回液管路17上具有并联设置于其上流量计两端的低温截止阀73，本实施例在刚开始使用真空泵对测试平台管路抽真空时，可以打开该低温截止阀73，快速将回路中的压力降下去，待待测2K负压换热器3的冷侧出口管路上的压力传感器82的显示压力降到3000-5000Pa时，再关闭该低温截止阀73。
优选地，第一回液管路17上的流量计为文丘里流量计87，文丘里流量计87的进出口之间设置有检测其进出口两侧压降的差压传感器84。
进一步的，4K常压液氦罐2热侧出口管路和待测2K负压换热器3热侧入口管路通过多个连接支路18进行连接，每一连接支路18上都具有低温截止阀73和流量计，每一连接支路18上的流量计类型不同。
现有的2K负压换热器测试平台一般仅设置一种类型流量计对待测2K负压换热器3热侧注入的氦介质流量进行测量，但是，换热器测试平台一般需进行多种不同流量工况的测试，单一类型的流量计在某些流量工况下无法实现对待测2K负压换热器3热侧注入的氦介质流量进行高精度监测，这会对测试平台的测量精度造成一定影响。本实施例通过在4K常压液氦罐2的热侧出口管路和待测2K负压换热器3的热侧入口管路之间设置多个连接支路18并在每一连接支路18上设置低温截止阀73和不同类型的流量计，在测试时可根据不同的流量测试工况选择适配的流量计并启用其所在的连接支路18对4K常压液氦罐2的热侧出口管路和待测2K负压换热器3的热侧入口管路进行连通，从而保证测试平台在各流量测试工况下均能对待测2K负压换热器3热侧输入的氦介质流量进行高精度测量，降低单一类型流量计在某些流量测试工况下测量精度不高的风险，从而能够保证测试平台的测试精度。
具体的，本实施例的4K常压液氦罐2热侧出口管路和待测2K负压换热器3热侧入口管路通过两个连接支路18进行连接，其中一个连接支路18上的流量计为文丘里流量计87，另一个连接支路18上的流量计为艾默生流量计88。由于文丘里流量计87测量时需结合其入口流体的温度、压力和进出口两侧压降，文丘里流量计87所在的连接支路18上还设置有用于检测流量计入口物性的温度传感器81、压力传感器82以及检测流量计进出口两侧压降的差压传感器84。
另外，本实施例在降温时，需要将所有连接支路18上的低温截止阀73全部打开，进行整体降温，确保降温均匀。
需要说明的是，上述的4K常压液氦罐2热侧出口管路和待测2K负压换热器3热侧入口管路通过两个连接支路18进行连接并不能理解为对本发明的限制，在本发明的其它一些实施例中，也可以根据实际需求在4K常压液氦罐2热侧出口管路和待测2K负压换热器3热侧入口管路之间设置更多的连接支路18。
进一步的，待测2K负压换热器3热侧出口和2K负压超流氦罐4的连接管路的低温节流阀71下游设置有压力传感器82，该压力传感器82用于显示待测2K负压换热器3热侧出口和2K负压超流氦罐4的连接管路上的低温节流阀71后端压力，监测节流效果。
进一步的，待测2K负压换热器3的热侧入口管路、热侧出口管路、冷侧入口管路和冷侧出口管路的内侧和外侧均设置有温度传感器81。
具体的，待测2K负压换热器3的热侧入口管路、热侧出口管路、冷侧入口管路和冷侧出口管路的内侧和外侧分别设置有两台温度传感器81和一台温度传感器81，其中内侧的温度传感器81为一备一用，能够进一步提升本实施例测量的可靠性。其中，待测2K负压换热器3的热侧入口管路、热侧出口管路、冷侧入口管路和冷侧出口管路外侧的温度传感器81均布置于防辐射罩(图中未示出)中，防辐射罩用于减少热辐射对温度传感器81测量精度的影响。
待测2K负压换热器3的冷侧入口管路和冷侧出口管路上分别布置有两台量程不同的压力传感器82，分别用于在正压和负压工况下测量，当2K负压换热器的冷侧入口管路内的压力降低至0.1bar以后，转到使用负压压力传感器82。
进一步的，待测2K负压换热器3冷侧的压力传感器82和差压传感器84均布置在注入微正压常温氦气的容器(图中未示出)中，这能够降低空气泄漏进入传感器影响测量精度的风险。
进一步的，2K负压超流氦罐4罐底和冷屏11外侧底部分别设置有加热器9。本实施例在测试完成后，可通过启动加热器9调节待测2K负压换热器3的冷测流量和加快测试平台的回温速率。
优选的，2K负压超流氦罐4上的电加热器的功率为500W并配备可编程直流稳压电源。
优选的，冷屏11外侧底部设置有一台用于调节真空罩1内回温速率的电加热器。可选的，电加热器的电功率为100W并配备可编程直流稳压电源。
进一步的，待测2K负压换热器3的部件由有机玻璃等高透光材料制成，真空罩1上具有对应待测2K负压换热器3设置的测速区域，测速区域由有机玻璃等高透光材料制成。
目前，国内外在进行换热器测试时，主要采用传统的侵入式测速方法对待测2K负压换热器3换热通道中氦介质的速度分布进行测量。但是，传统的浸入式测速方法并无法实现高精度、大范围地测量不透明换热介质通道中氦介质的速度分布。本实施例通过采用高透光材料制成待测2K负压换热器3并在真空罩1和冷屏11上设置同样由高透光材料制成的测试区域，在进行换热器测试时，可以通过光学测速仪器实现对待测2K负压换热器3的换热介质通道中的氦介质的速度分布进行高精度、大范围的测量。
综上，本实施例提供的2K负压换热器测试平台可用于：(1)研制某一新类型或应用在新工况下的低漏率、低压降、高换热效率、高机械强度、小体积的换热器，以期减小低温测试阀箱5及配套装置的体积和制造成本；(2)研究不同类型换热器、类型翅片、几何尺寸、质量流量和热负载下的换热器性能；(3)评价不同类型翅片单元的流动压降、换热系数随雷诺数的变化关系式的适用性并用实验数据修正；(4)研制高精度的测量设备，如温度传感器81、压力传感器82、流量计和液位计等；(5)使用光学测试技术测量换热器芯体和封头内部流道的速度分布，为将来更大制冷量制冷机中2K负压换热器选型设计提供数据支撑。
实施例二
本发明实施例提供一种2K负压换热器测试***，包括低温测试阀箱5、测控控制器以及如实施例一中所述的2K负压换热器测试平台，测控控制器内装载有测控控制程序；
低温测试阀箱5内分别设置有冷屏回气管路51、换热器回液管路52、降温回气管路53、换热器进液管路54、冷屏进气管路55、第一混合器56和第二混合器57，冷屏回气管路51连接第一回气管路13，换热器回液管路52连接第一回液管路17，降温回气管路53连接第二回气管路16，冷屏回气管路51、换热器回液管路52和降温回气管路53上分别设置有低温调节阀72，换热器回液管路52上还设置有位于其低温调节阀72下游的加热器9、常温开关阀74和第二真空泵521，冷屏回气管路51与降温回气管路53之间设置有第一支管531，换热器回液管路52与降温回气管路53之间设置有第二支管532，第一支管531和第二支管532上分别设置有低温调节阀72，第一混合器56分别连接4K进液管路15和换热器进液管路54，第二混合器57分别连接第一进气管路12和冷屏进气管路55，换热器进液管路54和冷屏进气管路55上设置有低温调节阀72，低温测试阀箱5外还设置有抽空回温回气管路58和置换回温进气管路59，抽空回温回气管路58上设置有第三真空泵581和常温开关阀74，抽空回温回气管路58上设置有三个连接支管582，连接支管582上具有常温开关阀74，冷屏回气管路51、换热器回液管路52和降温回气管路53分别通过其中一个连接支管582连接抽空回温回气管路58，连接支管582分别连接于冷屏回气管路51、换热器回液管路52和降温回气管路53上的低温调节阀72的上游处，置换回温进气管路59分别连接第一混合器56和第二混合器57，置换回温进气管路59和第一混合器56的连接管路上设置有常温调节阀75和单向阀76，置换回温进气管路59和第二混合器57的连接管路上设置有常温调节阀75；
测控控制器分别与真空罩1和低温测试阀箱5的各阀门和各传感器通信连接。
其中，换热器进液管路54、冷屏进气管路55和置换回温进气管路59可分别向第一混合器56和第二混合器57内输入不同温度的氦介质，测试时，测试人员可根据测试需求调整第一混合器56和第二混合器所连接的各个阀门开度控制第一混合器56和第二混合器57中不同温度氦介质的输入量，从而在第一混合器56和第二混合器57中得到所需温度的氦介质并输入2K负压换热器测试平台。
进一步的，4K进液管路15、4K常压液氦罐2的热侧出口管路、待测2K负压换热器3的热侧入口管路以及各连接支管582上分别具有排气支管6，排气支管6上分别设置有安全阀77和***片，可在停水、停电等紧急情况下及时排出各管路中的气体，保证各管路和测试平台的压力安全。
优选的，换热器回液管路52与抽空回温回气管路58的连接支管582的排气支管6上还设置有备份安全阀77，备份安全阀77设置于负压保护装置内(图中未示出)。
优选的，待测2K负压换热器3的热侧入口管路的排气支管6上还安装有单向阀76，以减小或消除热声振荡的影响。
进一步的，换热器回液管路52还具有位于第二真空泵521下游的涡轮流量计89，涡轮流量计89可在常温常压工况下作为第一回液管路17上的文丘里流量计87的校核。
实施例三
本发明实施例提供一种如实施例二中所述的2K负压换热器测试***的使用方法，包括以下步骤：
S1.关闭除真空罩1和第一真空泵14的连接管道上的常温开关阀74以外的所有阀门，启动第一真空泵14对真空罩1进行持续抽真空处理，使得真空罩1内的真空度维持在1×10-3Pa以下；
S2.分别打开真空罩1内各管路上的阀门以及抽空回温回气管路58和各连接支管582上的常温开关阀74，启动第三真空泵581对4K常压液氦罐2、待测2K负压换热器3、2K负压超流氦罐4以及各管路进行抽真空处理，待第一进气管路12和4K进液管路15上的压力传感器82的显示压力为10-100Pa时，关闭抽空回温回气管路58和各连接支管582上的常温开关阀74并关停第三真空泵581，打开置换回温进气管路59与第一混合器56和第二混合器57连接管路上的常温调节阀75分别向第一进气管路12和4K进液管路15输入300K氦气，待第一进气管路12和4K进液管路15上的压力传感器82的显示压力约为1-2bara时，关闭置换回温进气管路59与第一混合器56和第二混合器57连接管路上的常温调节阀75，静置5-10分钟，完成一次气体置换过程；
S3.重复2次步骤S2；
S4.分别打开真空罩1内各管路上的阀门以及抽空回温回气管路58和各连接支管582上的常温开关阀74，启动第三真空泵581对4K常压液氦罐2、待测2K负压换热器3、2K负压超流氦罐4以及各管路进行抽真空处理，待第一进气管路12和4K进液管路15上的压力传感器82的显示压力为10-100Pa时，先关闭抽空回温回气管路58和各连接支管582上的常温开关阀74并关停第三真空泵581，再关闭真空罩1各管路上的阀门；
S5.打开第一支管531上和冷屏进气管路55上的低温调节阀72，向冷屏11外侧螺旋绕管内输入50K氦气进行降温，待第一回气管路13上的温度传感器81的显示温度约为75K后，打开冷屏回气管路51上的低温调节阀72并关闭第一支管531上的低温调节阀72，通过冷屏进气管路55向冷屏11内输入50K氦气继续降温2-3小时，减少辐射漏热；
S6.分别打开第一支路151上的低温节流阀71以及降温回气管路53和换热器进液管路54上的低温调节阀72，向4K进液管路15输入加压液氦(4.7K，3bara)，同步打开第三支路153和第二支管532上的低温调节阀72向2K负压超流氦罐4注入加压液氦(4.7K，3bara)进行预冷，待4K常压液氦罐2的温度传感器81的显示温度为4.7K时，将第一支路151上的低温节流阀71的开度设置为5％-8％以将第一支路151上的加压液氦(4.7K，3bara)减压降温为常压液氦(4.2K，1bara)，待第二回气管路16上的压力传感器82的显示压力约为1.1bara时，使用测控程序联锁第一支路151上的低温节流阀71和第二回气管路16上的压力传感器82，使得第二回气管路16上的压力传感器82的显示压力始终保持在1.1bara左右，打开第二支路152上的低温调节阀72、4K常压液氦罐2的热侧出口和待测2K负压换热器3的热侧入口的连接管路上的低温截止阀73，通过4K常压液氦罐2冷侧的常压液氦(4.2K，1bara)将4K常压液氦罐2热侧的加压液氦(4.7K，3bara)预冷为加压液氦(4.2K，2.92bara)并保持其压力和温度稳定；
S7.打开待测2K负压换热器3热侧出口和2K负压超流氦罐4连接管路上的低温节流阀71向待测2K负压换热器3热侧输入加压液氦(4.2K，2.92bara)，待2K负压超流氦罐4的温度传感器81和4K常压液位计83的显示温度和显示液位分别约为4.7K和50％-80％时，将待测2K负压换热器3热侧出口和2K负压超流氦罐4连接管路上的低温节流阀71开度设置为5％-10％以将待测2K负压换热器3流出的加压液氦(4.2K，2.92bara)减压降温为2.2K超流氦(3130Pa)，同时打开换热器回液管路52上的低温调节阀72和常温开关阀74，启动第二真空泵521将2K负压超流氦罐4中4K液氦的汽化热量带走，待待测2K负压换热器3冷侧入口管路上的压力传感器82的显示压力约为3100Pa时，通过测控程序联锁待测2K负压换热器3热侧出口和2K负压超流氦罐4连接管路上的低温节流阀71和待测2K负压换热器3冷侧入口管路上的压力传感器82，使得待测2K负压换热器3冷侧入口管路上的压力传感器82的显示压力始终保持在3100Pa左右；
S8.关闭第三支路153、第一支管531和第二支管532上的低温调节阀72，打开冷屏回气管路51和换热器回液管路52上的低温调节阀72，等待待测2K负压换热器3热侧入口管路和冷侧入口管路上的温度传感器81、4K常压液氦罐2的4K常压液位计83以及2K负压超流氦罐4的2K负压液位计86的显示参数达到以下测试工况并维持10分钟以上：待测2K负压换热器3热侧入口管路和冷侧入口管路上的温度传感器81显示温度分别约为4.2K和2.2K，4K常压液氦罐2的4K常压液位计83和2K负压超流氦罐4的2K负压液位计86显示液位分别约为70-90％；
S9.保持待测2K负压换热器3热侧入口和冷侧入口流量相等，测量待测2K负压换热器3冷热两侧在不同流量下的温度和压降，并使用粒子图像测试法(PIV)测量换热器不同流道内的速度分布，测量流量范围为1.0-5.0g/s，间隔0.5g/s测量一组，然后分析不同雷诺数下某一换热器的换热效率、流动压降、速度分布随雷诺数的变化关系，并评价J-F因子的变化关系，J-F因子的表达式如下：
式中：Nu为努塞尔数；Re为雷诺数；Pr为普朗特数；ΔP为压降，Pa；D为水力直径，m；ρ为密度，kg/m3；v为速率，m/s，l为流动长度，m；
S10.固定换热器热侧入口流量为某一数值不变，测量待测2K负压换热器3冷侧入口在不同流量下的温度和压降，并使用粒子图像测试法(PIV)测量换热器不同流道内的速度分布，冷侧测量流量范围为1.0-5.0g/s，间隔0.5g/s测量一组，然后分析不同雷诺数下某一换热器的换热效率、流动压降、速度分布随雷诺数的变化关系，并评价J-F因子的变化关系；
S11.固定换热器冷侧入口流量为某一数值不变，测量待测2K负压换热器3热侧入口在不同流量下的温度和压降，并使用粒子图像测试法(PIV)测量换热器不同流道内的速度分布，热侧测量流量范围为1.0-5.0g/s，间隔0.5g/s测量一组，然后分析不同雷诺数下某一换热器的换热效率、流动压降、速度分布随雷诺数的变化关系，并评价J-F因子的变化关系；
S12.测试完成后，关闭真空罩1与第一真空泵14连接管道上的常温开关阀74并关停第一真空泵14，打开第一支管531和第二支管532上的低温调节阀72，关闭冷屏回气管路51、换热器回液管路52、换热器进液管路54和冷屏进气管路55上的低温调节阀72，停止向冷屏11和4K进液管路15分别输入50K氦气和加压液氦(4.7K，3bara)，将第一支路151以及待测2K负压换热器3热侧出口和2K负压超流氦罐4连接管路上的低温节流阀71开度调整为100％，打开第三支路153上的低温调节阀72，打开各连接支管582上的常温开关阀74，通过置换回温进气管路59向冷屏11和4K进液管路15输入300K氦气，调整置换回温进气管路59与第一混合器56和第二混合器57之间的常温调节阀75的开度使得第一进气管路12和4K进液管路15上的压力传感器82的显示压力约为2-3bara；
S13.调整冷屏11外侧底部和2K负压超流氦罐4罐底的电加热器功率，加快回温进度；
S14.待2K负压可视化换热器测试***的各管路和设备内的温度和压力分别恢复至常温和常压后，关闭2K负压可视化换热器测试***的所有阀门和设备；
S15.将2K负压可视化换热器测试平台与低温测试阀箱5分离，将待测2K负压换热器3更换为其他翅片类型、几何尺寸的2K负压换热器，重复上述步骤进行性能测试。
其中，步骤S9-S11中调节换热器热侧入口和冷侧入口流量的方法为：通过调整换热器进液管路54和第二支路152上的低温调节阀72的开度调节换热器热侧入口流量，调整第二真空泵521的功率调节换热器冷侧入口流量。
进一步的，步骤S9-S11可根据每次测试时的流量工况选择适配的流量计并启用其所在的连接支路18对4K常压液氦罐2的热侧出口管路和待测2K负压换热器3的热侧入口管路进行连通，保证能够准确测量待测2K负压换热器3热侧入口输入的流量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种2K负压可视化换热器测试平台，其特征在于，包括真空罩(1)、4K常压液氦罐(2)、待测2K负压换热器(3)和2K负压超流氦罐(4)，所述真空罩(1)内具有设置于其内壁上的冷屏(11)，所述冷屏(11)外侧设置的进气管道和回气管道分别连接第一进气管路(12)和第一回气管路(13)，所述真空罩(1)还连接有第一真空泵(14)，所述真空罩(1)与所述第一真空泵(14)的连接管道上设置有常温开关阀(74)，所述4K常压液氦罐(2)、所述待测2K负压换热器(3)和所述2K负压超流氦罐(4)设置于所述冷屏(11)内；
所述真空罩(1)上具有4K进液管路(15)，所述4K进液管路(15)进入所述真空罩(1)内后分成第一支路(151)、第二支路(152)和第三支路(153)，所述第一支路(151)通过低温节流阀(71)连接所述4K常压液氦罐(2)的冷侧入口管路，所述第二支路(152)通过低温调节阀(72)连接所述4K常压液氦罐(2)的热侧入口，所述第三支路(153)连接所述2K负压超流氦罐(4)，所述第三支路(153)与所述2K负压超流氦罐(4)的连接管路上设置有低温调节阀(72)，所述4K常压液氦罐(2)的冷侧出口连接第二回气管路(16)，所述4K常压液氦罐(2)的热侧出口连接所述待测2K负压换热器(3)的热侧入口，所述4K常压液氦罐(2)的热侧出口和所述待测2K负压换热器(3)的热侧入口的连接管路上设置有低温截止阀(73)和流量计，所述待测2K负压换热器(3)的热侧出口连接所述2K负压超流氦罐(4)，所述待测2K负压换热器(3)的热侧出口和所述2K负压超流氦罐(4)的连接管路上设置有低温节流阀(71)，所述待测2K负压换热器(3)的冷侧入口连接所述2K负压超流氦罐(4)，所述待测2K负压换热器(3)的冷侧出口连接第一回液管路(17)；
使用粒子图像测试法(PIV)测量换热器不同流道内的速度分布，测量流量范围为1.0-5.0g/s，间隔0.5g/s测量一组，然后分析不同雷诺数下某一换热器的换热效率、流动压降、速度分布随雷诺数的变化关系，并评价J-F因子的变化关系，J-F因子的表达式如下：
式中：Nu为努塞尔数；Re为雷诺数；Pr为普朗特数；ΔP为压降，Pa；D为水力直径，m；ρ为密度，kg/m3；v为速率，m/s，l为流动长度，m；
所述第一进气管路(12)上设置有温度传感器(81)和压力传感器(82)，所述第一回气管路(13)上设置有温度传感器(81)，所述4K进液管路(15)上设置有温度传感器(81)和压力传感器(82)，所述4K常压液氦罐(2)布置有温度传感器(81)和4K常压液位计(83)，所述4K常压液氦罐(2)的冷侧出口管路上设置有压力传感器(82)，所述待测2K负压换热器(3)的热侧入口管路、热侧出口管路、冷侧入口管路和冷侧出口管路上分别设置有温度传感器(81)和压力传感器(82)，所述第一回液管路(17)上设置有流量计、压力传感器(82)和温度传感器(81)，所述待测2K负压换热器(3)的热侧两端之间和冷侧两端之间分别连接有差压传感器(84)，所述2K负压超流氦罐(4)布置有温度传感器(81)、4K负压液位计(85)和2K负压液位计(86)；
所述待测2K负压换热器(3)的部件由高透光材料制成，所述真空罩(1)和所述冷屏(11)上具有对应所述待测2K负压换热器(3)设置的测速区域，所述测速区域由高透光材料制成；
所述4K常压液氦罐(2)的热侧出口和所述待测2K负压换热器(3)的热侧入口的连接管路包括多个并联设置的连接支路(18)，每一所述连接支路(18)上分别有低温截止阀(73)和流量计，每一所述连接支路(18)上的流量计类型不同。
2.如权利要求1所述的2K负压可视化换热器测试平台，其特征在于，所述待测2K负压换热器(3)的热侧入口管路、热侧出口管路、冷侧入口管路和冷侧出口管路的内侧和外侧分别设置有两台温度传感器(81)和一台温度传感器(81)。
3.如权利要求1所述的2K负压可视化换热器测试平台，其特征在于，所述待测2K负压换热器(3)的热侧入口管路、热侧出口管路、冷侧入口管路和冷侧出口管路上分别设置有压力传感器(82)，所述待测2K负压换热器(3)的冷侧入口管路和冷侧出口管路上分别布置有两台量程不同的压力传感器(82)。
4.如权利要求1所述的2K负压可视化换热器测试平台，其特征在于，所述2K负压超流氦罐(4)罐底和所述冷屏(11)外侧底部分别设置有加热器(9)。
5.如权利要求1所述的2K负压可视化换热器测试平台，其特征在于，所述第一回液管路(17)上具有并联设置于其上流量计两端的低温截止阀(73)。
6.一种2K负压可视化换热器测试***，其特征在于，包括低温测试阀箱(5)、测控控制器以及如权利要求1-5任一项所述的2K负压可视化换热器测试平台，所述测控控制器内装载有测控控制程序；
所述低温测试阀箱(5)内分别设置有冷屏回气管路(51)、换热器回液管路(52)、降温回气管路(53)、换热器进液管路(54)、冷屏进气管路(55)、第一混合器(56)和第二混合器(57)，所述冷屏回气管路(51)连接所述第一回气管路(13)，所述换热器回液管路(52)连接所述第一回液管路(17)，所述降温回气管路(53)连接所述第二回气管路(16)，所述冷屏回气管路(51)、所述换热器回液管路(52)和所述降温回气管路(53)上分别设置有低温调节阀(72)，所述换热器回液管路(52)上还设置有位于其低温调节阀(72)下游的加热器(9)、常温开关阀(74)和第二真空泵(521)，所述冷屏回气管路(51)与所述降温回气管路(53)之间设置有第一支管(531)，所述换热器回液管路(52)与所述降温回气管路(53)之间设置有第二支管(532)，所述第一支管(531)和所述第二支管(532)上分别设置有低温调节阀(72)，所述第一混合器(56)分别连接所述4K进液管路(15)和所述换热器进液管路(54)，所述第二混合器(57)分别连接所述第一进气管路(12)和所述冷屏进气管路(55)，所述换热器进液管路(54)和所述冷屏进气管路(55)上设置有低温调节阀(72)，所述低温测试阀箱(5)外还设置有抽空回温回气管路(58)和置换回温进气管路(59)，所述抽空回温回气管路(58)上设置有第三真空泵(581)和常温开关阀(74)，所述抽空回温回气管路(58)上设置有三个连接支管(582)，所述连接支管(582)上具有常温开关阀(74)，所述冷屏回气管路(51)、所述换热器回液管路(52)和所述降温回气管路(53)分别通过其中一个所述连接支管(582)连接所述抽空回温回气管路(58)，所述连接支管(582)分别连接于所述冷屏回气管路(51)、所述换热器回液管路(52)和所述降温回气管路(53)上的低温调节阀(72)的上游处，所述置换回温进气管路(59)分别连接所述第一混合器(56)和所述第二混合器(57)，所述置换回温进气管路(59)和所述第一混合器(56)的连接管路上设置有常温调节阀(75)和单向阀(76)，所述置换回温进气管路(59)和所述第二混合器(57)的连接管路上设置有常温调节阀(75)；
所述测控控制器分别与所述真空罩(1)和所述低温测试阀箱(5)的各阀门和各传感器通信连接。
7.如权利要求6所述的2K负压可视化换热器测试***，其特征在于，所述4K进液管路(15)、所述4K常压液氦罐(2)的热侧出口管路、所述待测2K负压换热器(3)的热侧入口管路以及各所述连接支管(582)上分别具有排气支管(6)，所述排气支管(6)上分别设置有安全阀(77)和***片。
8.如权利要求7所述的2K负压可视化换热器测试***，其特征在于，所述待测2K负压换热器(3)的热侧入口管路的所述排气支管(6)上还设置有单向阀(76)。
9.一种如权利要求6所述的2K负压可视化换热器测试***的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.关闭除真空罩(1)和第一真空泵(14)的连接管道上的常温开关阀(74)以外的所有阀门，启动第一真空泵(14)对真空罩(1)持续进行持续抽真空处理，使得真空罩(1)内的真空度维持在1×10-3Pa以下；
S2.分别打开真空罩(1)内各管路上的阀门以及抽空回温回气管路(58)和各连接支管(582)上的常温开关阀(74)，启动第三真空泵(581)对4K常压液氦罐(2)、待测2K负压换热器(3)、2K负压超流氦罐(4)以及各管路进行抽真空处理，待第一进气管路(12)和4K进液管路(15)上的压力传感器(82)的显示压力为10-100Pa时，关闭抽空回温回气管路(58)和各连接支管(582)上的常温开关阀(74)并关停第三真空泵(581)，打开置换回温进气管路(59)与第一混合器(56)和第二混合器(57)连接管路上的常温调节阀(75)分别向第一进气管路(12)和4K进液管路(15)输入300K氦气，待第一进气管路(12)和4K进液管路(15)上的压力传感器(82)的显示压力约为1-2bara时，关闭置换回温进气管路(59)与第一混合器(56)和第二混合器(57)连接管路上的常温调节阀(75)，静置5-10分钟，完成一次气体置换过程；
S3.重复2次步骤S2；
S4.分别打开真空罩(1)内各管路上的阀门以及抽空回温回气管路(58)和各连接支管(582)上的常温开关阀(74)，启动第三真空泵(581)对4K常压液氦罐(2)、待测2K负压换热器(3)、2K负压超流氦罐(4)以及各管路进行抽真空处理，待第一进气管路(12)和4K进液管路(15)上的压力传感器(82)的显示压力为10-100Pa时，先关闭抽空回温回气管路(58)和各连接支管(582)上的常温开关阀(74)并关停第三真空泵(581)，再关闭真空罩(1)各管路上的阀门；
S5.打开第一支管(531)上和冷屏进气管路(55)上的低温调节阀(72)，向冷屏(11)外侧螺旋绕管内输入50K氦气进行降温，待第一回气管路(13)上的温度传感器(81)的显示温度约为75K后，打开冷屏回气管路(51)上的低温调节阀(72)并关闭第一支管(531)上的低温调节阀(72)，通过冷屏进气管路(55)向冷屏(11)内输入50K氦气继续降温2-3小时，减少辐射漏热；
S6.分别打开第一支路(151)上的低温节流阀(71)以及降温回气管路(53)和换热器进液管路(54)上的低温调节阀(72)，向4K进液管路(15)输入加压液氦(4.7K，3bara)，同步打开第三支路(153)和第二支管(532)上的低温调节阀(72)向2K负压超流氦罐(4)注入加压液氦(4.7K，3bara)进行预冷，待4K常压液氦罐(2)的温度传感器(81)的显示温度为4.7K时，将第一支路(151)上的低温节流阀(71)的开度设置为5％-8％以将第一支路(151)上的加压液氦(4.7K，3bara)减压降温为常压液氦(4.2K，1bara)，待第二回气管路(16)上的压力传感器(82)的显示压力约为1.1bara时，使用测控程序联锁第一支路(151)上的低温节流阀(71)和第二回气管路(16)上的压力传感器(82)，使得第二回气管路(16)上的压力传感器(82)的显示压力始终保持在1.1bara左右，打开第二支路(152)上的低温调节阀(72)、4K常压液氦罐(2)的热侧出口和待测2K负压换热器(3)的热侧入口的连接管路上的低温截止阀(73)，通过4K常压液氦罐(2)冷侧的常压液氦(4.2K，1bara)将4K常压液氦罐(2)热侧的加压液氦(4.7K，3bara)预冷为加压液氦(4.2K，2.92bara)并保持其压力和温度稳定；
S7.打开待测2K负压换热器(3)热侧出口和2K负压超流氦罐(4)连接管路上的低温节流阀(71)向待测2K负压换热器(3)热侧输入加压液氦(4.2K，2.92bara)，待2K负压超流氦罐(4)的温度传感器(81)和4K常压液位计(83)的显示温度和显示液位分别约为4.7K和50％-80％时，将待测2K负压换热器(3)热侧出口和2K负压超流氦罐(4)连接管路上的低温节流阀(71)开度设置为5％-10％以将待测2K负压换热器(3)流出的加压液氦(4.2K，2.92bara)减压降温为2.2K超流氦(3130Pa)，同时打开换热器回液管路(52)上的低温调节阀(72)和常温开关阀(74)，启动第二真空泵(521)将2K负压超流氦罐(4)中4K液氦的汽化热量带走，待待测2K负压换热器(3)冷侧入口管路上的压力传感器(82)的显示压力约为3100Pa时，通过测控程序联锁待测2K负压换热器(3)热侧出口和2K负压超流氦罐(4)连接管路上的低温节流阀(71)和待测2K负压换热器(3)冷侧入口管路上的压力传感器(82)，使得待测2K负压换热器(3)冷侧入口管路上的压力传感器(82)的显示压力始终保持在3100Pa左右；
S8.关闭第三支路(153)、第一支管(531)和第二支管(532)上的低温调节阀(72)，打开冷屏回气管路(51)和换热器回液管路(52)上的低温调节阀(72)，等待待测2K负压换热器(3)热侧入口管路和冷侧入口管路上的温度传感器(81)、4K常压液氦罐(2)的4K常压液位计(83)以及2K负压超流氦罐(4)的2K负压液位计(86)的显示参数达到以下测试工况并维持10分钟以上：待测2K负压换热器(3)热侧入口管路和冷侧入口管路上的温度传感器(81)显示温度分别约为4.2K和2.2K，4K常压液氦罐(2)的4K常压液位计(83)和2K负压超流氦罐(4)的2K负压液位计(86)显示液位分别约为70-90％；
S9.保持待测2K负压换热器(3)的热侧入口和冷侧入口流量相等，测量待测2K负压换热器(3)冷热两侧在不同流量下的温度和压降；
S10.固定待测2K负压换热器(3)的热侧入口流量为某一数值不变，测量待测2K负压换热器(3)冷侧入口在不同流量下的温度和压降，并使用粒子图像测试法(PIV)测量换热器不同流道内的速度分布，冷侧测量流量范围为1.0-5.0g/s，间隔0.5g/s测量一组，然后分析不同雷诺数下某一换热器的换热效率、流动压降、速度分布随雷诺数的变化关系，并评价J-F因子的变化关系；
S11.固定待测2K负压换热器(3)的冷侧入口流量为某一数值不变，测量待测2K负压换热器(3)热侧入口在不同流量下的温度和压降，并使用粒子图像测试法(PIV)测量换热器不同流道内的速度分布，热侧测量流量范围为1.0-5.0g/s，间隔0.5g/s测量一组，然后分析不同雷诺数下某一换热器的换热效率、流动压降、速度分布随雷诺数的变化关系，并评价J-F因子的变化关系；
S12.测试完成后，关闭真空罩(1)与第一真空泵(14)连接管道上的常温开关阀(74)并关停第一真空泵(14)，打开第一支管(531)和第二支管(532)上的低温调节阀(72)，关闭冷屏回气管路(51)、换热器回液管路(52)、换热器进液管路(54)和冷屏进气管路(55)上的低温调节阀(72)，停止向冷屏(11)和4K进液管路(15)分别注入50K氦气和加压液氦(4.7K，3bara)，将第一支路(151)以及待测2K负压换热器(3)热侧出口和2K负压超流氦罐(4)连接管路上的低温节流阀(71)开度调整为100％，打开第三支路(153)上的低温调节阀(72)，打开各连接支管(582)上的常温开关阀(74)，通过置换回温进气管路(59)向冷屏(11)和4K进液管路(15)输入300K氦气，调整置换回温进气管路(59)与第一混合器(56)和第二混合器(57)之间的常温调节阀(75)的开度使得第一进气管路(12)和4K进液管路(15)上的压力传感器(82)的显示压力约为2-3bara；
S13.待2K负压可视化换热器测试***的各管路和设备内的温度和压力分别恢复至常温和常压后，关闭2K负压可视化换热器测试***的所有阀门和设备；
S14.将2K负压可视化换热器测试平台与低温测试阀箱(5)分离，将待测2K负压换热器(3)更换为其他翅片类型、几何尺寸的2K负压换热器，重复上述步骤进行性能测试。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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