本發(fā)明涉及一種熱工測(cè)量裝置及方法，具體涉及一種超臨界二氧化碳流動(dòng)傳熱特性測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)：

二氧化碳(co2)無(wú)毒性、不可燃、價(jià)格低廉、不會(huì)危害臭氧層，是一種安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的工質(zhì)。超臨界狀態(tài)下的二氧化碳(supercriticalcarbondioxide,sco2)還具有比熱容高、能量密度大、輸運(yùn)特性優(yōu)良、壓縮功耗低、熱源適用范圍廣、與標(biāo)準(zhǔn)材料相容性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使得二氧化碳越來(lái)越受到先進(jìn)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)、制冷空調(diào)系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、高效換熱系統(tǒng)的青睞，它被認(rèn)為是緊湊高效能量循環(huán)系統(tǒng)中的優(yōu)質(zhì)工質(zhì)。

在實(shí)際應(yīng)用中二氧化碳通常經(jīng)歷跨臨界或超臨界循環(huán)，這些循環(huán)系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件是換熱器，它決定了整個(gè)系統(tǒng)的效率、緊湊性和初投資。在換熱器通道內(nèi)，在擬臨界點(diǎn)附近或者更高參數(shù)下，二氧化碳根據(jù)工藝要求被加熱或者被冷卻。反映換熱器內(nèi)二氧化碳流動(dòng)傳熱特性的技術(shù)參數(shù)為阻力系數(shù)和傳熱系數(shù)，掌握二氧化碳在擬臨界點(diǎn)附近或更高參數(shù)下的阻力系數(shù)、傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)是成功設(shè)計(jì)換熱器的前提和關(guān)鍵。

熱工測(cè)量是獲得二氧化碳阻力系數(shù)、傳熱系數(shù)的主要途徑。但二氧化碳在擬臨界區(qū)附近的熱物性隨溫度、壓力變化會(huì)發(fā)生劇烈的非線性變化，加上二氧化碳在實(shí)際換熱器中的工作模式又存在冷卻與加熱之分，使得實(shí)際二氧化碳流動(dòng)、傳熱過(guò)程變得復(fù)雜，對(duì)其阻力系數(shù)、傳熱系數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性測(cè)量研究的難度很大。盡管前人對(duì)二氧化碳流動(dòng)、傳熱過(guò)程已做了一些實(shí)驗(yàn)研究，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不系統(tǒng)且均為整體平均值，而且未能兼顧二氧化碳冷卻、加熱兩種模式，這些零散數(shù)據(jù)不足以揭示深層機(jī)理和規(guī)律，難以滿足對(duì)二氧化碳換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種二氧化碳流動(dòng)傳熱特性測(cè)量裝置及方法，該測(cè)量裝置以流體力學(xué)和傳熱學(xué)知識(shí)為理論基礎(chǔ)，可以準(zhǔn)確測(cè)量冷卻、加熱兩種模式下，亞臨界區(qū)、擬臨界區(qū)、超臨界區(qū)二氧化碳內(nèi)部強(qiáng)制流動(dòng)過(guò)程的阻力系數(shù)和傳熱系數(shù)，為二氧化碳換熱器理論研究和工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種二氧化碳流動(dòng)傳熱特性測(cè)量裝置，包括二氧化碳循環(huán)回路和水循環(huán)回路，所述二氧化碳循環(huán)回路包括依次連接的二氧化碳進(jìn)氣閥1、二氧化碳儲(chǔ)罐2、二氧化碳泵3、二氧化碳加熱器8、多個(gè)二氧化碳實(shí)驗(yàn)段和二氧化碳冷卻器18，形成封閉二氧化碳循環(huán)回路；二氧化碳儲(chǔ)罐2中的二氧化碳依次流經(jīng)二氧化碳泵3、二氧化碳加熱器8、多個(gè)二氧化碳實(shí)驗(yàn)段和二氧化碳冷卻器18后流入二氧化碳儲(chǔ)罐2；

所述水循環(huán)回路包括依次連接的注水閥20、水儲(chǔ)罐21、水泵22和水加熱器23，水加熱器23出口分多路，每一路分別連接一路水回路實(shí)驗(yàn)段，多路水回路實(shí)驗(yàn)段匯總后連接水冷卻器31，形成封閉水循環(huán)回路；水儲(chǔ)罐21中的水流經(jīng)水泵22、水加熱器23后分多路分別進(jìn)入每一路水回路實(shí)驗(yàn)段，流出水回路實(shí)驗(yàn)段后匯總為一路再流經(jīng)水冷卻器31后進(jìn)入水儲(chǔ)罐21；

所述二氧化碳實(shí)驗(yàn)段與水回路實(shí)驗(yàn)段數(shù)量相同，組成套管結(jié)構(gòu)的套管實(shí)驗(yàn)段，二氧化碳在套管內(nèi)管中流動(dòng)，水在套管環(huán)管中流動(dòng)，兩者通過(guò)套管內(nèi)管壁進(jìn)行熱量交換。

所述套管實(shí)驗(yàn)段沿長(zhǎng)度方向被分為若干分段，每一分段的進(jìn)出口均設(shè)有壓力、溫度測(cè)點(diǎn)，以測(cè)量各分段的二氧化碳阻力系數(shù)、傳熱系數(shù)。

所述二氧化碳實(shí)驗(yàn)段為三段，分別為第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a、第二二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11b和第三二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11c；相應(yīng)的，所述水回路實(shí)驗(yàn)段也為三段，分別為第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b和第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c。

所述二氧化碳泵3與二氧化碳加熱器8之間設(shè)有安全閥、壓力調(diào)節(jié)閥、流量調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，二氧化碳加熱器8與二氧化碳實(shí)驗(yàn)段之間設(shè)有二氧化碳溫度計(jì)和二氧化碳?jí)毫τ?jì)，二氧化碳實(shí)驗(yàn)段各分段之間設(shè)有二氧化碳溫度計(jì)，二氧化碳實(shí)驗(yàn)段各分段設(shè)有二氧化碳?jí)翰钣?jì)，二氧化碳實(shí)驗(yàn)段與二氧化碳冷卻器18之間設(shè)有二氧化碳溫度計(jì)、二氧化碳減壓閥和二氧化碳?jí)毫τ?jì)，二氧化碳冷卻器18與二氧化碳儲(chǔ)罐2之間設(shè)有二氧化碳溫度計(jì)。

所述水加熱器23與水回路實(shí)驗(yàn)段各分段之間設(shè)有水溫度計(jì)、水壓力計(jì)、水流量調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，水回路實(shí)驗(yàn)段各分段與水冷卻器31間設(shè)有水溫度計(jì)和水壓力計(jì)，水冷卻器31與水儲(chǔ)罐21間設(shè)有水溫度計(jì)。

通過(guò)調(diào)節(jié)二氧化碳加熱器8、二氧化碳冷卻器18、水加熱器23、水冷卻器31的換熱功率，控制二氧化碳成為傳熱實(shí)驗(yàn)中的高溫介質(zhì)或低溫介質(zhì)，以便測(cè)量二氧化碳在冷卻或加熱模式下的流動(dòng)傳熱特性。

所述套管實(shí)驗(yàn)段內(nèi)管內(nèi)徑為0.5～15mm，套管實(shí)驗(yàn)段總長(zhǎng)度為0.5～10m，套管實(shí)驗(yàn)段內(nèi)管為不銹鋼管，外管為銅管。

所述二氧化碳循環(huán)回路能夠承受的最高壓力為28mpa、最高溫度為350℃。

一種二氧化碳流動(dòng)傳熱特性測(cè)量方法，采用所述的測(cè)量裝置，包括以下步驟：

(1)充裝工質(zhì)：開(kāi)啟二氧化碳進(jìn)氣閥1，向二氧化碳儲(chǔ)罐2中充裝工質(zhì)；開(kāi)啟注水閥20，向水儲(chǔ)罐21中充裝工質(zhì)；

(2)建立循環(huán)：開(kāi)啟二氧化碳泵3，利用二氧化碳流量調(diào)節(jié)閥、二氧化碳?jí)毫φ{(diào)節(jié)閥和二氧化碳加熱器8調(diào)節(jié)二氧化碳流量、溫度、壓力以滿足實(shí)驗(yàn)要求；開(kāi)啟水泵22，通過(guò)水流量調(diào)節(jié)閥和水加熱器23調(diào)節(jié)水回路實(shí)驗(yàn)段的水流量、溫度以滿足實(shí)驗(yàn)要求；

(3)穩(wěn)態(tài)測(cè)量：監(jiān)測(cè)二氧化碳實(shí)驗(yàn)段各分段的二氧化碳流量、溫度、壓力、壓降，監(jiān)測(cè)水回路實(shí)驗(yàn)段各分段的水流量、溫度、壓力，待這些測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定5分鐘后開(kāi)始記錄并保存數(shù)據(jù)，測(cè)量持續(xù)2分鐘；

(4)數(shù)據(jù)處理：根據(jù)能量守恒定律計(jì)算實(shí)驗(yàn)段各分段中兩種工質(zhì)的二氧化碳換熱量qco2和水換熱量qh2o，當(dāng)兩者相對(duì)偏差不超過(guò)5％時(shí)，根據(jù)下式計(jì)算傳熱量q：

q＝0.5(qh2o+qco2)

根據(jù)傳熱方程計(jì)算總傳熱系數(shù)u：

u＝q/a1/δtlm

其中：ai為套管實(shí)驗(yàn)段內(nèi)管的內(nèi)壁面積；δtlm為實(shí)驗(yàn)段對(duì)數(shù)換熱溫差；

根據(jù)熱阻疊加原理計(jì)算二氧化碳傳熱系數(shù)hco2：

其中：d0和d1分別為套管實(shí)驗(yàn)段內(nèi)管的外徑和內(nèi)徑，l為實(shí)驗(yàn)段長(zhǎng)度，a0為套管實(shí)驗(yàn)段內(nèi)管的外壁面積；λ為套管實(shí)驗(yàn)段內(nèi)管的壁面導(dǎo)熱系數(shù)；hh2o為套管實(shí)驗(yàn)段環(huán)管中水的傳熱系數(shù)，按下式計(jì)算：

其中：re、pr、λh2o分別為套管實(shí)驗(yàn)段環(huán)管中水的雷諾數(shù)、普朗特?cái)?shù)和導(dǎo)熱系數(shù)；de為環(huán)管的當(dāng)量直徑；

根據(jù)下式計(jì)算二氧化碳阻力系數(shù)fco2：

其中：δp為實(shí)驗(yàn)段二氧化碳進(jìn)出口壓差；ρ為二氧化碳密度；u為二氧化碳流速。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)可實(shí)現(xiàn)跨臨界、大參數(shù)范圍內(nèi)二氧化碳阻力系數(shù)、傳熱系數(shù)的測(cè)量。通過(guò)二氧化碳泵、壓力調(diào)節(jié)閥以及加熱器對(duì)壓力、溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可得到亞臨界、擬臨界、超臨界狀態(tài)下的二氧化碳工質(zhì)，從而進(jìn)行不同工況下的測(cè)量。

(2)可測(cè)得二氧化碳阻力系數(shù)、傳熱系數(shù)的沿程分布。實(shí)驗(yàn)段可根據(jù)需要分為若干分段，每個(gè)分段的阻力系數(shù)、傳熱系數(shù)均可測(cè)量得到。與現(xiàn)有技術(shù)獲得的整體平均數(shù)據(jù)相比，本發(fā)明提供的測(cè)量數(shù)據(jù)更為詳細(xì)、局部和微觀，對(duì)于探索(物性劇變)擬臨界區(qū)內(nèi)二氧化碳流動(dòng)傳熱機(jī)理更具指導(dǎo)意義。

(3)可實(shí)現(xiàn)冷卻、加熱兩種模式下二氧化碳阻力系數(shù)、傳熱系數(shù)的測(cè)量。通過(guò)控制水回路、二氧化碳回路的加熱器和冷卻器，可以控制二氧化碳成為傳熱實(shí)驗(yàn)中的高溫介質(zhì)或低溫介質(zhì)，從而測(cè)量二氧化碳在冷卻或加熱模式下的阻力系數(shù)、傳熱系數(shù)。

(4)無(wú)需測(cè)量壁面溫度即可得到傳熱系數(shù)大小。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明無(wú)需測(cè)量套管內(nèi)管壁溫度即可完成測(cè)量，免去了在套管內(nèi)管或環(huán)管狹小空間設(shè)置壁溫測(cè)量設(shè)備的難題，同時(shí)能夠消除壁溫測(cè)量設(shè)備對(duì)換熱套管內(nèi)部流場(chǎng)、溫度場(chǎng)的干擾及影響，從而有效提高測(cè)量精度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的測(cè)量裝置示意圖。

圖中，1為二氧化碳進(jìn)氣閥，2為二氧化碳儲(chǔ)罐，3為二氧化碳泵，4為安全閥，5為二氧化碳?jí)毫φ{(diào)節(jié)閥，6為二氧化碳流量調(diào)節(jié)閥，7為二氧化碳流量計(jì)，8為二氧化碳加熱器，9、13、14、15、19分別為第一至第五二氧化碳溫度計(jì)，10、17分別為第一和第二二氧化碳?jí)毫τ?jì)，11a、11b、11c分別為第一、第二和第三二氧化碳實(shí)驗(yàn)段，12a、12b、12c分別為第一、第二和第三二氧化碳?jí)翰钣?jì)，16為二氧化碳減壓閥，18為二氧化碳冷卻器，20為注水閥，21為水儲(chǔ)罐，22為水泵，23為水加熱器，24、29a、29b、29c、32分別為第一至第五水溫度計(jì)，25、30a、30b、30c分別為第一至第四水壓力計(jì)，26a、26b、26c分別為第一、第二和第三水流量調(diào)節(jié)閥，27a、27b、27c分別為第一、第二和第三水流量計(jì)，28a、28b、28c分別為第一、第二和第三水回路實(shí)驗(yàn)段，31為水冷卻器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1所示，本發(fā)明一種二氧化碳流動(dòng)傳熱特性的測(cè)量裝置，包括二氧化碳循環(huán)回路和水循環(huán)回路。

二氧化碳循環(huán)回路，包括二氧化碳進(jìn)氣閥1、二氧化碳儲(chǔ)罐2、二氧化碳泵3、二氧化碳加熱器8、第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a、第二二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11b、第三二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11c、二氧化碳冷卻器18；二氧化碳儲(chǔ)罐2中的二氧化碳依次流經(jīng)二氧化碳泵3、二氧化碳加熱器8、第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a、第二二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11b、第三二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11c和二氧化碳冷卻器18后流入二氧化碳儲(chǔ)罐2，形成封閉循環(huán)回路。二氧化碳進(jìn)氣閥1為二氧化碳循環(huán)回路提供氣源；二氧化碳儲(chǔ)罐2起到二氧化碳存儲(chǔ)和穩(wěn)壓作用；二氧化碳泵3用于提供實(shí)驗(yàn)所需的二氧化碳工質(zhì)壓力并克服循環(huán)回路的流動(dòng)阻力；二氧化碳加熱器8用于加熱二氧化碳以滿足實(shí)驗(yàn)溫度要求；二氧化碳實(shí)驗(yàn)段為內(nèi)徑5mm、外徑8mm、總長(zhǎng)1.8m的不銹鋼圓管，它為二氧化碳提供流動(dòng)傳熱通道，實(shí)驗(yàn)段分為11a、11b和11c三段；二氧化碳冷卻器18用于對(duì)二氧化碳進(jìn)行冷卻降溫，避免熱量的循環(huán)累積，保證實(shí)驗(yàn)裝置正常運(yùn)行。

二氧化碳泵3與二氧化碳加熱器8之間管路上設(shè)置有安全閥4、壓力調(diào)節(jié)閥5、二氧化碳流量調(diào)節(jié)閥6、二氧化碳流量計(jì)7，二氧化碳加熱器8與第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a間設(shè)有第一二氧化碳溫度計(jì)9和第一二氧化碳?jí)毫τ?jì)10，第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a與第二二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11b間設(shè)有第二二氧化碳溫度計(jì)13，第二二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11b與第三二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11c間設(shè)有第三二氧化碳溫度計(jì)14，第三二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11c與二氧化碳冷卻器18間設(shè)有第四二氧化碳溫度計(jì)15、減壓閥16和第二二氧化碳?jí)毫τ?jì)17，第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a、第二二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11b、第三二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11c上分別設(shè)有第一二氧化碳?jí)翰钣?jì)12a、第二二氧化碳?jí)翰钣?jì)12b、第三二氧化碳?jí)翰钣?jì)12c，二氧化碳冷卻器18和二氧化碳儲(chǔ)罐2間設(shè)有第五二氧化碳溫度計(jì)19。二氧化碳?jí)毫φ{(diào)節(jié)閥5用于調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)段二氧化碳?jí)毫?，二氧化碳流量調(diào)節(jié)閥6用于調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)段二氧化碳流量，二氧化碳流量計(jì)7用于測(cè)量二氧化碳流量，第一二氧化碳溫度計(jì)9和第一二氧化碳?jí)毫τ?jì)10用于測(cè)量第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a的二氧化碳入口溫度和壓力，第二二氧化碳溫度計(jì)13用于第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a的二氧化碳出口溫度(即實(shí)驗(yàn)分段11b的二氧化碳入口溫度)，溫度計(jì)14用于測(cè)量實(shí)驗(yàn)分段11b的二氧化碳出口溫度(即第二二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11c的二氧化碳入口溫度)，第四二氧化碳溫度計(jì)15用于測(cè)量第三二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11c的二氧化碳出口溫度，二氧化碳減壓閥16用于減小進(jìn)入二氧化碳儲(chǔ)罐2中的二氧化碳?jí)毫σ苑隙趸急?的入口壓力要求，第二二氧化碳?jí)毫τ?jì)17用于測(cè)量二氧化碳減壓閥16的二氧化碳出口壓力，第一二氧化碳?jí)翰钣?jì)12a、第二二氧化碳?jí)翰钣?jì)12b、第三二氧化碳?jí)翰钣?jì)12c分別用于測(cè)量第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a、第二二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11b、第三二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11c的二氧化碳進(jìn)出口壓力差，第五二氧化碳溫度計(jì)19用于測(cè)量二氧化碳冷卻器18的二氧化碳出口溫度。

水循環(huán)回路，包括注水閥20、水儲(chǔ)罐21、水泵22、水加熱器23、第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c、水冷卻器31；水儲(chǔ)罐21中的水流經(jīng)水泵22、水加熱器23后分三路分別進(jìn)入第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c，流出水回路實(shí)驗(yàn)段后匯總為一路再流經(jīng)水冷卻器31后進(jìn)入水儲(chǔ)罐21，形成封閉循環(huán)回路。注水閥20為水循環(huán)回路提供水源；水儲(chǔ)罐21起到水儲(chǔ)存和穩(wěn)壓作用；水泵22用于克服水循環(huán)回路的流動(dòng)阻力；水加熱器23用于加熱水以滿足實(shí)驗(yàn)溫度要求；第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c均為內(nèi)徑14mm、外徑18mm、長(zhǎng)0.5m的銅管，它們?yōu)樗峁┝鲃?dòng)傳熱通道；水冷卻器31用于對(duì)水進(jìn)行冷卻降溫，避免熱量的循環(huán)累積，保證實(shí)驗(yàn)裝置正常運(yùn)行。

水加熱器23與第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c之間管路上分別設(shè)置有第一水溫度計(jì)24、第一水壓力計(jì)25、第一、第二和第三水流量調(diào)節(jié)閥26a、26b、26c、第一、第二和第三水流量計(jì)27a、27b、27c，第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c與水冷卻器31間分別設(shè)有第二至第四水溫度計(jì)29a、29b、29c和第二至第四水壓力計(jì)30a、30b、30c，水冷卻器31與水儲(chǔ)罐21間設(shè)有第五水溫度計(jì)32。第一水溫度計(jì)24和第一水壓力計(jì)25用于測(cè)量第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c的水入口溫度和壓力，第一、第二和第三水流量調(diào)節(jié)閥26a、26b、26c用于調(diào)節(jié)第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c的水流量，第一、第二和第三水流量計(jì)27a、27b、27c用于測(cè)量第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c的水流量，第二至第四水溫度計(jì)29a、29b、29c和第二至第四水壓力計(jì)30a、30b、30c用于測(cè)量第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c的水出口溫度和壓力，第五水溫度計(jì)32用于測(cè)量水冷卻器31的水出口溫度。

第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a、第二二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11b、第三二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11c分別嵌套于第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c中，兩者組成套管結(jié)構(gòu)，11a、11b、11c為套管內(nèi)管，28a、28b、28c為套管外管，二氧化碳在套管內(nèi)管中流動(dòng)，水在套管環(huán)管內(nèi)流動(dòng)，兩者通過(guò)套管內(nèi)管管壁進(jìn)行逆流換熱。

本發(fā)明所述的二氧化碳流動(dòng)傳熱特性測(cè)量方法包括以下步驟：

(1)充裝工質(zhì)。

打開(kāi)二氧化碳進(jìn)氣閥1和注水閥20，將二氧化碳儲(chǔ)罐2和水儲(chǔ)罐21充滿后關(guān)閉閥門，完成工質(zhì)充裝。

(2)建立循環(huán)。

開(kāi)啟二氧化碳泵3建立二氧化碳循環(huán)，利用二氧化碳?jí)毫φ{(diào)節(jié)閥5、二氧化碳流量調(diào)節(jié)閥6、二氧化碳加熱器8調(diào)節(jié)第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a入口二氧化碳?jí)毫Α⒘髁亢蜏囟纫詽M足實(shí)驗(yàn)要求，利用二氧化碳減壓閥16和二氧化碳冷卻器18調(diào)節(jié)二氧化碳泵3的二氧化碳入口壓力和溫度以滿足二氧化碳泵3的技術(shù)要求；開(kāi)啟水泵22建立水循環(huán)，利用水加熱器23、第一、第二和第三水流量調(diào)節(jié)閥26a、26b、26c調(diào)節(jié)第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c的水入口溫度和流量以滿足實(shí)驗(yàn)要求，利用水冷卻器31調(diào)節(jié)水泵22的水入口溫度以滿足水泵22的技術(shù)要求。

(3)穩(wěn)態(tài)測(cè)量。

監(jiān)測(cè)第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a、第二二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11b、第三二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11c的二氧化碳流量、溫度、壓力、壓降，監(jiān)測(cè)第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a、第二水回路實(shí)驗(yàn)段28b、第三水回路實(shí)驗(yàn)段28c的水流量、溫度、壓力，待這些數(shù)據(jù)穩(wěn)定5分鐘后開(kāi)始記錄并保存數(shù)據(jù)，測(cè)量持續(xù)2分鐘。

(4)數(shù)據(jù)處理(以第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a、第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a為例)。

①計(jì)算實(shí)驗(yàn)段換熱量q。

根據(jù)能量守恒分別計(jì)算二氧化碳和水的換熱量qco2和qh2o：

其中：分別為二氧化碳流量計(jì)7和第一水流量計(jì)27a測(cè)得的第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段中二氧化碳和第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a中水的流量；h‘co2、h“co2、h‘h2o、h“h2o分別為實(shí)驗(yàn)分段的二氧化碳進(jìn)出口焓值和水進(jìn)出口焓值，焓值根據(jù)溫度、壓力值由物性參數(shù)表查得，二氧化碳進(jìn)出口溫度由第一二氧化碳溫度計(jì)9和第二二氧化碳溫度計(jì)13測(cè)得，二氧化碳進(jìn)出口壓力由第一二氧化碳?jí)毫τ?jì)10和二氧化碳?jí)翰钣?jì)12a測(cè)得，水進(jìn)出口溫度由第一水溫度計(jì)24和第二水溫度計(jì)29a測(cè)得，水進(jìn)出口壓力由第一水壓力計(jì)25和第二水壓力計(jì)30a測(cè)得。

當(dāng)熱側(cè)、冷側(cè)工質(zhì)換熱量滿足以下能量守恒條件時(shí)：

|(qh2o-qco2)/qh2o|≤5％(3)

實(shí)驗(yàn)段傳熱量可按下式計(jì)算：

q＝0.5(qh2o+qco2)(4)

②計(jì)算總傳熱系數(shù)u。

u＝q/a1/δtlm(5)

其中：ai為第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a的管內(nèi)壁面積；δtlm為第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a、第一水回路實(shí)驗(yàn)段28a中熱、冷工質(zhì)的對(duì)數(shù)換熱溫差，按下式計(jì)算：

其中：t‘co2、t“co2、t‘h2o、t“h2o分別為上述實(shí)驗(yàn)分段的二氧化碳和水進(jìn)出口溫度。

③計(jì)算二氧化碳傳熱系數(shù)hco2和阻力系數(shù)fco2。

其中：d0和d1分別為第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a的外徑和內(nèi)徑，l為第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a的長(zhǎng)度，a0為第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a的外壁面積；λ為第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a壁面導(dǎo)熱系數(shù)；hh2o為套管環(huán)管中水的傳熱系數(shù)，按下式計(jì)算：

其中：re、pr、λh2o分別為套管環(huán)管中水的雷諾數(shù)、普朗特?cái)?shù)和導(dǎo)熱系數(shù)；de為環(huán)管的當(dāng)量直徑。

其中：δp為第一二氧化碳?jí)翰钣?jì)12a測(cè)得的第一二氧化碳實(shí)驗(yàn)段11a中二氧化碳進(jìn)出口壓差；ρ為二氧化碳密度；u為二氧化碳流速。

以上詳細(xì)說(shuō)明僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能以此限定本發(fā)明的范圍。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍之內(nèi)。