一种直电流加热单通道气体换热实验装置

技术领域

本发明涉及能源与动力技术领域，更具体地说是涉及一种直电流加热单通道气体换热实验装置。

背景技术

气体由于密度低、压缩性好，常在特殊需求的能源动力行业中作为冷却剂使用，如燃气轮机、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、氢气冷却核热推进反应堆、气体蓄热器以及各种气体换热器等。气体在这些设备中的流动换热特性影响着这些设备的运行性能、安全。气体在温度较高、压力变化较大、壁面热流密度较高的通道中流动换热较为复杂，且变物性气体流动换热的控制方程为非线性的、耦合的，在数学上求解复杂。通过实验研究可获取变物性气体在单通道内的流动换热实验关联式，这些经验关系式为气体换热设备设计提供指导。

现有技术中，加热气体的方式多种多样，如电弧式、电热体导热式、电磁感应式、蓄热式、气动式等。但在涉及到流动换热问题时，为了得到获得合理的、高精度的实验关联式，其要求作业稳定、壁面热流密度均匀。直流电加热技术基于焦耳效应，利用电流在导电体内通过产生热量。直流电加热功率与电流强度的平方成正比，跟导体的电阻成正比；对于一定长度和截面积的导体来说，其电阻与电阻率成正比。电阻率与导体材料和温度有关。在小温度变化范围内，几乎所有金属的电阻率都随温度成线性关系。通过采用直流电式加热技术，可获得更合适的壁面热流密度分布。目前，将直流电加热技术应用到单通道内高温气体流动换热的实验装置未见报道。

因此，如何提供一种作业稳定、壁面热流密度均匀、气密性更好的气体换热实验装置，是本领域亟需解决的技术问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种直电流加热单通道气体换热实验装置。目的就是为了解决上述之不足而提供。

为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

一种直电流加热单通道气体换热实验装置，包括进气筒、实验装置主体以及出气筒；所述进气筒和所述出气筒紧密连接于所述实验装置主体的两端；

所述实验装置主体内部设有实验管、隔热套管以及两个电极；所述实验管的两端分别与所述进气筒、所述实验装置主体接通；所述隔热套管套于所述实验管的外部；两个所述电极均嵌入所述隔热套管，且两个所述电极均与直流电源连接。

优选地，所述进气筒和所述出气筒通过法兰紧密连接于所述实验装置主体的两端。

优选地，所述进气筒内部设有折流通道。

此技术方案的有益效果是：使气体流动速度更加均匀，减短实验管入口段长度。

优选地，注入的气体工质为氢气、氦气、氩气、氮气、二氧化碳及氦氙混合气体。

优选地，所述出气筒为渐扩管。

此技术方案的有益效果是：气体在渐扩管中膨胀降温，流速降低。

优选地，所述实验管为圆形、三角形、四边形、六边形的单通道或多通道结构。

优选地，所述实验管的材料为不锈钢、铜金属及其合金、钼金属及其合金、钨金属及其合金。

优选地，所述实验管长度与直径的比例为20～200。

优选地，所述实验管长度为20～150cm，直径为0.3～3cm。

优选地，所述实验装置主体的顶端设有观察窗。

优选地，所述实验装置主体的底端通过法兰与所述直流电源密封连接。

优选地，所述直流电源为直流电源。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

通过所述折流管道可将气体均匀输送至所述实验管内部，从而提供实验的精度；通过将所述实验装置主体内部抽真空，可以增加隔热效果，且避免高温氧化；再将所述出气筒为渐扩管，有效地降低了高速、高温气流喷出的影响。

附图说明

图1为本发明一种直电流加热单通道气体换热实验装置的结构示意图；

图2为本发明一种直电流加热单通道气体换热实验装置的实验装置内部结构以及气体流动示意图；

图3为本发明一种直电流加热单通道气体换热实验装置的实验管、隔热套管以及电极的配合示意图。

图中：1、进气筒；2、实验装置主体；21、实验管；22、隔热套管；23、电极；24、观察窗；3、出气筒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例1

参照图1-3所示一种直电流加热单通道气体换热实验装置，包括进气筒1、实验装置主体2、出气筒3以及直流电源4；其中实验装置主体2的顶端设有观察窗，实验装置主体2的底端通过法兰与直流电源4密封连接；进气筒1和出气筒3通过法兰紧密连接于实验装置主体2的两端，其中进气筒1内部设有折流通道，注入折流通道的气体工质为氢气、氦气、氩气、氮气、二氧化碳及氦氙混合气体，出气筒3为渐扩管。实验装置主体2的顶端设有观察窗24，内部设有实验管21、隔热套管22以及两个电极23；实验管21的两端分别与进气筒1、实验装置主体2接通；隔热套管22套设于实验管21的外部；两个电极23套设于实验管21的外部，且两个电极23均嵌入隔热套管22；两个电极23均与直流电源4电连接。

本实施例中，实验管21为圆形、三角形、四边形、六边形的单通道或多通道结构。

本实施例中，实验管21的材料为不锈钢、铜金属及其合金、钼金属及其合金、钨金属及其合金。

本实施例中，实验管21长度与直径的比例为20-200。

在另一些实施例中，实验管21的形状可以据实际情况进行调节。

在另一些实施例中，实验管21的材料可以据实际情况进行调节。

在另一些实施例中，实验管21的长度为20～150cm，直径为0.3～3cm。

工作原理：

两个电极与直流电源相连作为电加热系统，在实验管安装连接之前，将实验管套在隔热套管内，两个电极嵌入隔热套管，且两个电极夹紧实验管，电极通入电流为实验管内的气体高温加热，测量所用的热电偶、引压管、电极线路等通过密封罐上的引线孔引出。

以上所述，仅是本发明较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。