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Di—封头的内径，mm；

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S—有效壁厚，mm；

[?]t—设计温度下材料的许用应力，MPa；

图3.5椭圆形封头示意图 [?]t=126MPa，已知： 封头为DN400×4—0Cr13 JB/ T4737，则Di=400mm，S=4mm，

封头内曲面高度hi=150mm，由所以有：

Di600??2，查表得K=1，pc=0.6MPa，t=100℃，2hi2?150?t?pc(KDi?0.5S)0.6?(1?600?0.5?4)??45.15MPa?126MPa

2S2?S所选封头符合强度要求。 3.2.4 压力试验

（1）压力试验的目的

除材料本身的缺陷外，容器在制造（特别是焊接过程）和使用中会产生各种缺陷。为考虑缺陷对压力容器安全性的影响。压力容器制造完毕后或定期检查时，都要进行压力试验。

（2）实验压力及应力校核

耐压试验有液压试验和气压试验两种，是容器在使用前的第一次承压，且试验压力要比容器最高工作压力高。容器发生爆破的可能性比使用时大。由于在相同压力和容积下，试验介质的压缩系数越大，容器所储存的能量就越大。爆炸也就越危险，故应选用压缩系数小的流体作为实验介质。只有因结构或支撑等原因不能向容器内充灌水或其他液体，以及运行条件不允许残留液体时，才用气压实验。本设计只需进行液压试验。在液压试验时，为防止材料发生低应力脆性破坏，液体温度不得低于容器壳体材料的韧脆

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子含量控制在25mgL内。并在试验后立即将水渍清除干净。

内压容器试验压力为：

pT?1.25p[?]126?1.25?0.6?0.75MPa t[?]126第 22 页 共 40页

转弯温度。氯离子能破坏奥氏体，不锈钢制压力容器进行水压试验时，还应将水中氯离

（3.4）

为使液压试验时容器材料处于弹性状态，在压力试验前必须按下式校核实验时圆筒的薄膜应力。

?T?P0.6(600?4)T(Di??n)??45.3MPa （3.5） 2?n2?40.9??r?0.9?0.85?205?156.8?0.9??s （3.6）

3.2.5 蓄热器容积、及主要部件质量

（1）蓄热器的容积V

蓄热器的容积由筒体容积V铜和封头容积V封两部分

由化工设备设计手册查得DN=600mm的单位长度的筒体容积为V0=0.283m3，设计筒体高h=1160mm所以筒体容积为：

V铜=hV0=0.283×1.160=0.328m3 （3.7）

由化工设备设计手册查得DN=600mm，直边高h=25mm的椭圆形封头V封=0.0352m3，所以设计的蓄热器容积V：

V=V铜+2V封=0.328+2×0.0352=0.363m3 （3.8）

（2）蓄热器的质量M

蓄热器的质量主要由三部分组成：筒体质量M1、封头质量M2及支腿质量M3。由化工设备设计手册查得DN=600mm，厚δ=4mm的单位长度的筒体质量m=60kg，所以筒体质量M1为：

M1=hm=1.160×60=69.6kg

由化工设备设计手册查得DN=600mm，厚δ=4mm的直边高h=25mm的椭圆形封头质量M2=22kg，支腿质量M3=16.4kg，所以有

M=M1+2M2+3M3=69.6+2×22+3×16.4=162.8kg （3.9）

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4 蓄热器蓄放热性能实验台设计

4.1 实验台的设计

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蓄热器蓄放热实验台是由第2章所述太阳能热泵系统的部分设备连接组成的。本实验台的设计充分利用了太阳能热泵系统的现有设备，实现了实验台多功能化的要求，节约了实验室建设投资。由太阳能集热器提供高温热源，减少了能源消耗，符合节约型现代化社会的要求。

实验台设计的指导方针是结构紧凑、运行合理、经济适用。我们要进行的是蓄热槽的蓄放热特性实验。蓄热器是实验台的重要组成部分，相变材料放置在其中。为了便于改变蓄热器的空隙率，方便蓄热球体的取出，我们把蓄热器设计为可拆卸的结构，封头和筒体由法兰连接。蓄热器的主要功能是给相变材料提供安放场所。相变材料要进行蓄放热实验，就必须给蓄热器提供高温热源和低温热源。当高温热媒体或低温热媒体流经蓄热器时，热媒体就将与相变材料进行对流换热，以实现相变材料的蓄热或放热过程。为了提供高温热源，我们设计配置太阳能集热器，由集热器吸收太阳能加热流过其中的热媒体水得到高温热媒体。在蓄放热过程中，我们要求热媒体进入蓄热器的温的水温度较恒定。因此，我们配置了恒温水箱，水箱底部设有电加热器，并且为水箱配置了自动温度控制装置，这样的话，我们就可以按实验要求设置恒温水箱中热媒体的温度，保证进入蓄热器的水温度较恒定（精度在±1℃）。

同时，在相变材料放热过程中，我们需要提供低温热媒体。由此我们设计了风机盘管系统。在蓄热过程中，系统中的水是高温的，当蓄热结束后，我们开启风机盘管，和蓄热器经过热交换的热媒体流经风机盘管向外散出热量，在泵的作用返回太阳能集热器，同时我们放出部分水箱中的高温水，并向恒温水箱中注入低温的自来水，以此来迅速降低系统中的水温，当系统中的水温低于放热过程所需要的温度时，停止自来水的注入，并打开电加热器，将水温加热到相变材料放热要求的热媒体水的温度。由于恒温水箱配置了温度自控装置，所以系统提供的低温热媒体同样可以达到进入蓄热器时温度较恒定的要求。可见系统可以较方便的提供符合实验要求的高温热媒体与低温热媒体。

为使热媒体在系统中循环流动，考虑实验要求的热媒体流量和整个系统的阻力，在系统中布置了水泵为系统提供动力。为研究分析相变材料的蓄放热性能及蓄热器的蓄放热效率，我们在相变材料上布置了热电偶，在管路中布置了铂电阻。另外我们在实验台

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的管路中布置了许多的阀门，以改变热媒体流经途径和流量使系统在多种工况下运行。

本课题设计的蓄热器蓄放热实验台可以实现以下几种运行模式：

（1）系统预加热：对整个系统的水进行加热把水温升高到实验所要求的相变材料初始温度。

（2）高温水准备：关闭蓄热器进、出口阀门，对系统中其他部分的水继续加热，直至达到与蓄热器蓄热所要求的温度。

（3）全流量蓄热：打开蓄热器进、出口阀门，使高温热媒体水流经蓄热器并与之换热。

（4）变流量蓄热：改变阀门开度以改变进入蓄热器的热媒体水流量。

（5）低温水准备：关闭蓄热器进、出口阀门，迅速降低系统中其它部分水的温度，以达到放热过程所需要的水温。

（6）全流量放热：打开蓄热器进、出口阀门，使低温媒体水流经蓄热器与相变材料进行换热

（7）变流量放热：改变阀门开度以改变进入蓄热器的低温媒体水的流量。

4.2 实验台的测试内容及测试手段

（1）测试内容：相变材料及热媒体在蓄放热过程中的温度。

（2）测试手段：在实验台的管路上及相变材料中，我们设置了多个温度传感器（铂电阻、热电偶）。在实验过程中，将温度传感器、数据采集仪以及计算机三者正确连接起来，热电偶密封在相变材料被测位置处，铂电阻安装在管段上，正确设定数据采集仪的有关参数，温度传感器将信号传入到数据采集仪，我们便可在电脑中即时观测并自动存储实验过程中热媒体、相变材料的温度变化情况。如图4-1所示。

图4.1温度测试示意图

4.3 实验数据采集仪器

（1）数据采集仪