一种绝热模块热工性能测试工装

本发明涉及热工性能测试领域，尤其涉及一种绝热模块热工性能测试工装。

背景技术：

1、液化天然气、液氧、液氮、液氢、液氦等低温工质储运系统和装备的创新发展离不开对绝热材料热工特性的持续研究和创新改进，其运输效率与存储蒸发率等相关技术攻关、测试样机制造均需要绝热模块热工性能数据的支撑。随着绝热模块的设计与制作日趋大型化、内部构造复杂化，缩比模型法与材料测试法等测试方法不再适用于大尺寸绝热模块热工性能的测试，因此需针对大尺寸规格绝热模块的热工性能测试工装进行适应性设计与搭建。

2、目前热工性能的测试装置主要存在以下缺点：仅适用于毫米或厘米量级尺度的材料级试件，不适用于大尺寸绝热模块的测试；控温温区比较小，不能实现大温差工况下开展热工性能的测试；控温方式复杂，代价高。

3、为提出适用于大尺寸绝热模块热工性能测试的测试工装的设计方案，提高大尺寸绝热模块热工性能测试水平及测试结果的可靠性、宽温区多参数测试能力及效率、降低测试成本，对适用于宽温区大尺寸绝热模块热工性能测试工装研制能力提出了更高要求。

4、因此，本领域的技术人员致力于开发一种适用于大尺寸绝热模块热工性能测试工装，提出针对不同尺寸绝热模块的适应性温控边界设计方案，可满足于大尺寸绝热模块在大温差工况下开展热工性能的测试和研究。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何对大尺寸绝热模块在大温差工况下开展热工性能的测试。包括如何提出适用于大尺寸绝热模块的热工性能测试工装设计方案；如何扩展大尺寸绝热模块热工性能测试控温温区，实现大尺寸绝热模块大温差恒温边界施加；如何降低低温恒温冷源精确控温的复杂度，提高控温效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种绝热模块热工性能测试工装，包括恒温热源、防辐射屏和多个恒温冷源，所述恒温冷源与被测绝热模块试件的接触面是恒温低温面，所述恒温热源与绝热模块试件的接触面是恒温高温面，所述防辐射屏布置于绝热模块试件外围并且与绝热模块试件不接触，所述恒温低温面由多个恒温冷源拼接覆盖，恒温热源为可拼接模块化恒温热源。本发明通过搭建模块化恒温冷源、恒温热源，突破了绝热模块热工性能测试工装的可测绝热模块试件尺寸限制，非一体化设计可有效降低大温差下材料形变所引起的结构失效风险。

3、在具体设置恒温冷源时，所述恒温冷源包括冷板和均温板，通过冷板和均温板的对冲实现了宽温区调温，扩展了大尺寸绝热模块热工性能测试控温温区。

4、在具体设置冷板时，所述冷板的材质是铝合金，其内部嵌有紫铜管。

5、在具体设置紫铜管时，所述紫铜管内流动的介质为液氮。

6、在具体设置均温板时，所述均温板的材质为紫铜，其内部嵌有电加热丝。

7、在一个具体的实施方案中，所述恒温冷源还包括冷板和均温板之间的阻冷网，所述阻冷网为中心对称的网格结构，其材质为304不锈钢，通过引入结构阻冷技术，利用低温下304不锈钢导热系数小的特性，通过改变不锈钢网格的截面积和厚度，人为增加设计热阻，快捷有效地控制传入均温板的冷量，便于恒温冷源精确控温，降低了恒温冷源精确控温的复杂度，提高了控温效率。

8、在具体设置恒温热源时，所述恒温热源包括计量加热片、计量热板、防护加热片、防护热板，所述计量加热片、防护加热片分别固定于计量热板、防护热板的表面，所述计量热板位于恒温高温面中心区域，所述防护热板位于恒温高温面边缘区域，计量热板和防护热板多块拼接后覆盖恒温高温面，计量热板和防护热板之间具有隔缝。

9、在一个具体的实施方案中，所述计量加热片和防护加热片为聚酰亚胺加热片，所述计量热板和防护热板为厚度1mm的紫铜板。

10、在一个具体的实施方案中，所述计量加热片、防护加热片分别相对计量热板、防护热板的覆盖面积为90％。

11、在具体设置防辐射屏时，所述防辐射屏为铝合金镜面板，其内外侧均采用抛光处理，表面粗糙度小于0.1μm。

12、本发明基于一维导热原理，搭建模块化恒温冷源、恒温热源，突破了绝热模块热工性能测试工装的可测绝热模块试件尺寸限制，非一体化设计可有效降低大温差下材料形变所引起的结构失效风险。本发明通过冷却介质与电加热对冲实现宽温区调温，扩展了大尺寸绝热模块热工性能测试控温温区。本发明引入结构阻冷技术，利用低温下304不锈钢导热系数小的特性，通过改变不锈钢网格的截面积和厚度，人为增加设计热阻，快捷有效地控制传入均温板的冷量，便于恒温冷源精确控温，降低了恒温冷源精确控温的复杂度，提高了控温效率。

13、本发明公开了适用于大尺寸绝热模块热工性能测试的工装结构原理及布置方案，通过采用模块化结构设计的方法，根据绝热模块试件尺寸进行适应性设计，同时，采用液氮-电加热冷热对冲的方法，引入结构阻冷技术，通过分区控温，实现了大尺寸绝热模块宽温区热工性能测试，拓展了测试温度范围，扩大了应用场景，解决了国内外现有热工性能测试装置无法测量米级尺寸绝热模块热工性能的问题。被测绝热模块尺寸范围可以达到米级尺寸，控温范围可以达到-196℃至+100℃。根据本发明公开的大尺寸绝热模块热工性能测试工装的结构原理及布置方案，可对不同尺寸的被测绝热模块进行热工性能测试工装适应性设计，进而实现大尺寸绝热模块的宽温区热工性能测试。

14、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

技术特征：

1.一种绝热模块热工性能测试工装，其特征在于，所述绝热模块热工性能测试工装包括恒温热源、防辐射屏和多个恒温冷源，所述恒温冷源与被测绝热模块试件的接触面是恒温低温面，所述恒温热源与绝热模块试件的接触面是恒温高温面，所述防辐射屏布置于绝热模块试件外围并且与绝热模块试件不接触，所述恒温低温面由多个恒温冷源拼接覆盖，恒温热源为可拼接模块化恒温热源。

2.如权利要求1所述的绝热模块热工性能测试工装,其特征在于，所述恒温冷源包括冷板和均温板。

3.如权利要求2所述的绝热模块热工性能测试工装，其特征在于，所述冷板的材质为铝合金，其内部嵌有紫铜管。

4.如权利要求3所述的绝热模块热工性能测试工装，其特征在于，所述紫铜管内流动的介质为液氮。

5.如权利要求2所述的绝热模块热工性能测试工装，其特征在于，所述均温板的材质为紫铜，其内部嵌有电加热丝。

6.如权利要求2所述的绝热模块热工性能测试工装，其特征在于，所述恒温冷源还包括冷板和均温板之间的阻冷网，所述阻冷网为中心对称的网格结构，其材质为304不锈钢。

7.如权利要求1至6任一项所述的绝热模块热工性能测试工装，其特征在于，所述恒温热源包括计量加热片、计量热板、防护加热片、防护热板，所述计量加热片、防护加热片分别固定于计量热板、防护热板的表面，所述计量热板位于恒温高温面中心区域，所述防护热板位于恒温高温面边缘区域，计量热板和防护热板多块拼接后覆盖恒温高温面，计量热板和防护热板之间具有隔缝。

8.如权利要求7所述的绝热模块热工性能测试工装，其特征在于，所述计量加热片和防护加热片为聚酰亚胺加热片，所述计量热板和防护热板为厚度1mm的紫铜板。

9.如权利要求7所述的绝热模块热工性能测试工装，其特征在于，所述计量加热片、防护加热片分别相对计量热板、防护热板的覆盖面积为90％。

10.如权利要求1所述的绝热模块热工性能测试工装，其特征在于，所述防辐射屏为铝合金镜面板，其内外侧均采用抛光处理，表面粗糙度小于0.1μm。

技术总结本发明公开了一种绝热模块热工性能测试工装，包括恒温热源、防辐射屏和多个恒温冷源，所述恒温冷源与被测绝热模块试件的接触面是恒温低温面，所述恒温热源与绝热模块试件的接触面是恒温高温面，所述防辐射屏布置于绝热模块试件外围并且与绝热模块试件不接触，所述恒温低温面由多个恒温冷源拼接覆盖，恒温热源为可拼接模块化恒温热源。本发明通过搭建模块化恒温冷源、恒温热源，突破了目前绝热模块热工性能测试工装的可测绝热模块试件尺寸限制，非一体化设计可有效降低大温差下材料形变所引起的结构失效风险。技术研发人员：罗威,李晓慈,蔡爱峰,吴静怡,杨光,李春煜,宋炜,吴天威,余猛,陈晗受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/21