Кріогенна експериментальна установка “іній”

Изобретение относится к области криогенных устройств и может быть преимущественно использовано в широкомасштабных теплофизических исследованиях процессов теплообмена на различных элементах конструкции современных энергоустановок, получая при этом экспериментальные зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплового потока, давления, недогрева криогенной жидкости до температуры насыщения и други х режимных параметров. Известен универсальный оптический криостат, в котором исследуемые образцы крепятся к холодопроводу, снабженному нагревателем для изменения температуры. Кроме того поворотное устройство позволяет изменять положение образца по отношению к наружным окнам (Справочник по физикотехническим основам криогеники / Под ред. М.П. Малкова. - М.: Энергия, 1973. - С.348). Недостатком этого известного устройства является то, что нагрев исследуемого образца производится только теплопроводностью, что не соответствуе т реальному теплообмену. Другим существенным недостатком этого оптического криостата является то, что все поверхности образца находятся в одинаковых внешних условиях, что также не отвечает реальным процессам. Наиболее близким к предлагаемому устройству является криостат для оптических исследований, содержащий соединенные между собой сосуд Дьюара, нагреватель и рабочую камеру с полым светопроводом и держателем образца, установленным на теплообменнике, вход которого подключен к днищу сосуда Дьюара, а вход через регулирующий вентиль к атмосфере (А.с. СССР №522386, кл. F25D3/10, 1974). Недостатком этого устройства является то, что совместное размещение всех элементов в едином объеме делает невозможным использование его для лабораторных испытаний в поле воздействия ионизирующи х излучений и как результат невозможность получения всех трех составляющи х теплообмена. Также недостатком есть конструкция крепления образца, которая не позволяет моделировать реальные процессы, при которых разные поверхности образца находятся в разных внешних условиях. Задачей изобретения является возможность получения экспериментальных зависимостей коэффициента теплоотдачи от плотности теплового потока, давления и других параметров в условиях, соответствующи х реальности. Задача решается благодаря тому, что узел крепления расположен во внутренней емкости и со стороны узла крепления теплообменных элементов наружный сосуд имеет короб, к которому прикреплен фланец. Фланец наружного сосуда и узел крепления внутреннего соединены между собой обечайкой, с возможностью выполнения теплоизоляции внутреннего сосуда секционной. В ходе патентно-информационного исследования не было обнаружено технических решений, совпадающих по всем признакам с предлагаемым изобретением, поэтому можно считать, что оно отвечает критерию изобретения "новизна". Предлагаемое изобретение промышленно осуществимо, изготовлен опытный образец, что соответствует критерию "промышленная применимость". При анализе уровня техники не обнаружено технических решений, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с предлагаемым изобретением, и была направлена на выполнение поставленной задачи, т.е. предлагаемое изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень". На чертеже (фиг.) показан общий вид криогенной экспериментальной установки. Предложенная криогенная экспериментальная установка "ИНЕЙ" состоит из внутреннего сосуда 1, наружного сосуда 2, арматурного шкафа 3, стенда с вакуумной системой, стенда с нагревательными элементами 4 и системы измерения. Внутренний сосуд 1 представляет собой емкость цилиндрической формы с двумя днищами. В цилиндрической части сосуда расположен узел крепления 5 экспериментальных теплообменных элементов. Сосуд 1 подвешен на горловине, через которую проходят технологические трубопроводы и кабели температурных датчиков. На горловине закрепляется фланец 6. Наружный сосуд 2 состоит из цилиндрической, обечайки, верхнего и нижнего днищ. Со стороны узла крепления теплообменных элементов наружный сосуд 2 имеет короб 7, к которому крепится фланец 8. Фланец 8 наружного сосуда и узел крепления 5 внутреннего соединены между собой обечайкой 9. Пространство между внутренним 1, наружным 2 сосудами и обечайкой 9 заполнено многослойной изоляцией и отвакуумировано. Для уменьшения теплопритока в режиме термостатирования теплообменный элемент теплоизолирован съемным пенопластовым блоком 10. В ходе эксперимента пенопластовый блок 10 удаляется и во внутреннее пространство обечайки 9 вводятся нагреватели ИК-излучения. Таким образом, обеспечивается возможность прямого нагрева теплообменной поверхности. С целью наблюдения и киносъемки во внутренний 1 и наружный 2 сосуды вмонтированы три пары симметрично расположенных оптических окон. Арматурный шкаф 3 крепится к верхнему днищу наружного сосуда 2 и представляет собой короб. Внутри него расположены технологические трубопроводы, вентили, контрольно-измерительные приборы и предохранительные устройства. Основными узлами вакуумной системы являются: высоковакуумный электромагнитный вентиль 11; электромагнитные вентили 12; бустерный диффузионный насос 13; диффузионный паромаслянный насос 14; высоковакуумная ловушка 15; баллон предварительного разрежения 16; форвакуумный механический насос 17; форвакуумная ловушка с водяным охлаждением 18. Вакуумная система смонтирована на металлическом каркасе и подсоединяется патрубком 19 к входному фланцу 6, расположенному на верхнем днище сосуда 2. В состав стенда с нагревательными элементами 4 входят собственно нагреватели ИК-излучения, устройства регулирования интенсивности теплового потока, а также средства контроля и измерения. ИКнагреватели крепятся к стенду консольне на выдвижных траверсах. Перемещение нагревателей в направлении теплообменного элемента осуществляется с помощью каретки на роликовых опорах качения. Распределение падающего теплового потока контролируется термозондом. Для измерения температурного поля экспериментального образца применяются дифференциальные МК-термопары. Криогенная экспериментальная установка "ИНЕЙ" работает следующим образом. Вакуумируется пространство между внешним 2 и внутренним 1 сосудами. Затем проводится захолажевание экспериментального сосуда 1 и наполнение его криогенной жидкостью. По окончании заправки устанавливается режим криостатирования. В ходе эксперимента теплоизолирующий пенопластовый блок 10 удаляется и во внутреннее пространство обечайки 9 вводятся нагреватели ИК-излучения. При заданном давлении в сосуде 1 проводятся необходимые теплофизические исследования. Таким образом, предлагаемое устройство благодаря таким новшествам, как получение всех трех составляющих теплообмена, с помощью прямого нагрева теплообменной поверхности нагревателями ПКизлучения, и нахождения опытного образца одной стороной в криогенной жидкости, а другой в условиях внешней среды, позволило проводить исследования процессов теплообмена на различных элементах конструкции энергоустановок в условиях, близких к реальности.