本发明涉及热量交换设备，具体的一种超临界二氧化碳换热器，还是一种超临界二氧化碳换热器的设计方法，更是一种超临界二氧化碳换热器的多物理耦合试验系统，也是一种多物理耦合试验系统的试验方法。
背景技术：
1、换热器是调配不同物流之间能量、完成热量输运的通用工艺设备，广泛应用于发电、化工、动力、冶金等大量行业中，尤其是在以超临界二氧化碳为工质的动力循环系统中，换热器对于传递、调配工质之间的能量有着重要作用。
2、随着科技水平的不断提升，人们对核电站、火电站、航空发动机所涉及的动力系统的特殊应用场景越来越重视，缩小设备体积、提高效率、降低设备制造运行成本和自然资源消耗是换热器未来发展的方向之一。目前在常规工业领域在用的换热器主要包括管壳式换热器、套管式换热器、板式换热器、板翅式换热器等，它们不能同时满足换热比表面积大、焊接强度高、体积小的要求。近年来，随着工业制造水平的提升，以高精度化学蚀刻和真空扩散焊为工艺核心的微通道换热器逐渐走向应用阶段，其微通道尺寸小、紧凑程度高，焊接方式无焊渣、连接处强度接近母材强度，具有明显优势。
3、然而，目前此类换热器的典型结构是微通道单方向流动，在同样尺寸的换热板上流通长度有限，流通宽度过大导致流速较低，使得此类换热器的设计存在换热效率低的问题；同时此类换热器的性能测试需要分开独立进行例如先通过水压测试获得力学性能，随后通过热工水力测试获得换热性能，最后通过长周期考研获得防腐性能。
技术实现思路
1、为了解决现有超临界二氧化碳换热器的换热效率低的问题，本发明实施例提供一种超临界二氧化碳换热器及其设计方法、多物理耦合试验系统和试验方法，所述超临界二氧化碳换热器利用密排思想将大量微通道以“几字型”布置，具有提高长度、缩小宽度的特点，所述超临界二氧化碳换热器和设计方法为不同应用场景的微通道超临界二氧化碳换热器提供设计思路；所述多物理耦合试验系统及试验方法利用模块化思想和多物理耦合思想将多种性能测试方法集成结合，为提高超临界二氧化碳换热器性能测试效率打开问题解决思路。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种超临界二氧化碳换热器，包括换热芯体、封头部和接管部，换热芯体内含有微通道，微通道包括多条第一微通道和多条第二微通道封头部包括第一入口封头、第一出口封头、第二入口封头和第二出口封头，接管部包括第一入口接管、第一出口接管、第二入口接管和第二出口接管；第一入口接管、第一入口封头、第一微通道、第一出口封头和第一出口接管依次连通，第二入口接管、第二入口封头、第二微通道、第二出口封头和第二出口接管依次连通。
4、换热芯体含有多个层叠设置的换热板，换热板之间焊接，所述焊接为扩散焊、钎焊或熔焊。
5、换热芯体和封头部之间焊接，封头部和接管部之间焊接，所述焊接为氩弧焊、钎焊或离子焊。
6、换热芯体含有多个层叠设置的换热板，换热板包括一次侧换热板和二次侧换热板，第一微通道位于一次侧换热板内，第二微通道位于第二微通道内；换热芯体中换热板的层叠排列方式为：一个一次侧换热板和一个二次侧换热板交替设置，或者，一个一次侧换热板和两个二次侧换热板交替设置，或者，两个一次侧换热板和一个二次侧换热板交替设置。
7、换热芯体含有多个层叠设置的换热板，换热板的厚度为1mm-5mm，微通道的横截面尺寸为1mm-10mm。
8、微通道为直线型或折线型，微通道之间设置有肋壁，肋壁的宽度为0.5mm-10mm。
9、微通道的内表面为粗糙面、微通道的内表面连接有附着物或者微通道的内表面连接有涡发生器。
10、微通道按照“几字型”排布回转流动，且微通道发生180°转向的次数加一为回转数m，而微通道分成了n组相互并列的“几字型”微通道，其中m和n都为自然数，其中如果m为奇数，那么微通道的入口和出口位置在超临界二氧化碳换热器的同侧，如果m为偶数，那么微通道的入口和出口位置在超临界二氧化碳换热器的异侧。
11、微通道的转向处设置有圆角过渡。
12、微通道为几字形，微通道之间设置有肋壁，肋壁内可以设置横向连通孔，形状包括圆形、半圆形或方形。
13、微通道还包括第三微通道，封头部还包括第三入口封头和第三出口封头，接管部还包括第三入口接管和第三出口接管；所述第三入口接管、所述第三入口封头、所述第三微通道、所述第三出口封头和所述第三出口接管依次连通。
14、换热板的长度和宽度分别为lx和ly，换热板内含有留白区和换热区，其中留白区宽度为p，换热区的长度和宽度分别为和，微通道和肋壁均位于换热区。
15、进口或出口位置处的微通道流通宽度w和流通长度s分别为：和。
16、在微通道为半圆形的前提下，所述超临界二氧化碳换热器的单板流通面积ah和单板换热面积sh分别为：和。
17、一种上述的超临界二氧化碳换热器的设计方法，所述设计方法依次包括以下步骤：
18、步骤1a、获取两侧工质的输入参数；
19、步骤2a、根据工艺限制初步选择换热板的尺寸lx、ly和留白区的宽度p，计算超临界二氧化碳换热器尺寸lx和ly；
20、步骤3a、根据微通道的加工限制和力学强度准则选择两侧工质的微通道的宽度d和肋壁的宽度t；
21、步骤4a、初设两侧工质的微通道的回转数m=1和微通道组数n=1；
22、步骤5a、根据m和n的取值，上述步骤计算获得的lx和ly结果，查表估算得w，然后基于公式计算s，最后基于w和s计算单板流通面积ah和换热面积sh；
23、步骤6a、开展热工水力设计计算，根据结果是否满足设计输入调整m和n，直至同时满足流动传热特性的要求；
24、步骤7a、重新精细化计算w和s，开展热工水力校核计算,再次对比是否满足流动传热特性的要求，若不满足则回到上一步，直至满足设计要求，再进行下一步；
25、步骤8a、绘制两侧换热板的施工图。
26、一种上述的超临界二氧化碳换热器的多物理耦合试验系统，包括多个功能模块，所述多个功能模块为：
27、待测模块，用于安装待测超临界二氧化碳换热器；
28、冷却模块，用于冷却流出待测超临界二氧化碳换热器的试验工质；
29、加热模块，用于预热试验工质以设计温度值到达待测超临界二氧化碳换热器的进口；
30、改性模块，用于向所述多物理耦合试验系统中添加不同种类物质实现工质改性；
31、驱动模块，用于驱动试验工质运转；
32、打压模块，用于提高所述多物理耦合试验系统内工质的压力；
33、充排模块，用于向所述多物理耦合试验系统内充入或者排出工质。
34、每个所述功能模块的模块外壳为集装箱或压力容器，每个所述功能模块的模块外壳均相同，每个所述功能模块均含有接口法兰。
35、所述多物理耦合试验系统能够测试多种不同的待测超临界二氧化碳换热器，所述多物理耦合试验系统能够测试的换热工质包括二氧化碳、水和氦气。
36、冷却模块内冷却器为蛇形管换热器或套管式换热器，冷却模块采用的冷却液体为水或油。
37、驱动模块内含有驱动泵，驱动泵为离心泵或磁力泵。
38、充排模块内含有稳压器，稳压器采用的稳压气体为氮气或氦气。
39、待测超临界二氧化碳换热器上安装有多种测量组件，所述多种测量组件含有测温组件、测压组件、测应变组件和测腐蚀组件。
40、测温组件包括测温接头、第一盖型螺帽、第一带孔铜垫、测温仪表、紧固螺母、橡胶垫和测温螺孔，通过调整测温接头和第一盖型螺帽的相对位置调整第一带孔铜垫的受压状态能够固定测温仪表。
41、测压组件包括测压接头、第二盖型螺帽、第二带孔铜垫、测压管和测压螺孔，通过调整测压接头和第二盖型螺帽的相对位置调整第二带孔铜垫的受压状态能够固定测压管。
42、测应变组件包括测应变接头、应变柱、测应变螺孔和测量导线，通过应变柱的拉伸或压缩状态测量待测超临界二氧化碳换热器表面的应变特性。
43、测腐蚀组件包括测腐蚀接头、第三盖型螺帽、盲铜垫和收集侧孔，通过调整测腐蚀接头和第三盖型螺帽的相对位置调整盲铜垫的受压状态能够调整测工质是否流出测腐蚀组件进行工质成分检测。
44、一种上述多物理耦合试验系统的试验方法，包括以下步骤：
45、步骤1b、根据待测超临界二氧化碳换热器的设计参数范围，搭建所述多物理耦合试验系统；
46、步骤2b、通过充排模块向所述多物理耦合试验系统充入定量运行工质和稳压气体，启动并调节冷却模块、加热模块直至待测超临界二氧化碳换热器进口参数满足设计要求；
47、步骤3b、通过所述多种测量组件采集待测超临界二氧化碳换热器上的不同参数，并计算获得待测超临界二氧化碳换热器的多物理耦合特性；
48、步骤4b、调整参数至下一个测量点，重复上述步骤3b。
49、本发明的有益效果是：本发明提出的高效紧凑的超临界二氧化碳换热器通过使用“几字型”布置增加了微通道的流通长度，可以根据项目需求在设计过程中灵活改变微通道的流通长宽，提高工质流动换热能力；目前使用的换热器试验系统主要采用专用系统测试单个性能的思路，本发明提出的多物理耦合试验系统可以同步测试超临界二氧化碳换热器的流动、换热、强度和防腐特性，具有较强的适用性，可在热管理场景广泛应用，具有广阔的市场应用前景。
1.一种超临界二氧化碳换热器，其特征在于，所述超临界二氧化碳换热器（1）包括换热芯体（11）、封头部（12）和接管部（13），换热芯体（11）内含有微通道（111），微通道（111）包括多条第一微通道（1111）和多条第二微通道（1112），封头部（12）包括第一入口封头（121）、第一出口封头（122）、第二入口封头（123）和第二出口封头（124），接管部（13）包括第一入口接管（131）、第一出口接管（132）、第二入口接管（133）和第二出口接管（134）；第一入口接管（131）、第一入口封头（121）、第一微通道（1111）、第一出口封头（122）和第一出口接管（132）依次连通，第二入口接管（133）、第二入口封头（123）、第二微通道（1112）、第二出口封头（124）和第二出口接管（134）依次连通。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，换热芯体（11）含有多个层叠设置的换热板（112），换热板（112）之间焊接，所述焊接为扩散焊、钎焊或熔焊。
3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，换热芯体（11）和封头部（12）之间焊接，封头部（12）和接管部（13）之间焊接，所述焊接为氩弧焊、钎焊或离子焊。
4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，换热芯体（11）含有多个层叠设置的换热板（112），换热板（112）包括一次侧换热板（1121）和二次侧换热板（1122），第一微通道（1111）位于一次侧换热板（1121）内，第二微通道（1112）位于第二微通道（1112）内；换热芯体（11）中换热板（112）的层叠排列方式为：一个一次侧换热板（1121）和一个二次侧换热板（1122）交替设置，或者，一个一次侧换热板（1121）和两个二次侧换热板（1122）交替设置，或者，两个一次侧换热板（1121）和一个二次侧换热板（1122）交替设置。
5.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，换热芯体（11）含有多个层叠设置的换热板（112），换热板（112）的厚度为1mm-5mm，微通道（111）的横截面尺寸为1mm-10mm。
6.根据权利要求5所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，微通道（111）为直线型或折线型，微通道（111）之间设置有肋壁（116），肋壁（116）的宽度为0.5mm-10mm。
7.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，微通道（111）的内表面为粗糙面、微通道（111）的内表面连接有附着物或者微通道（111）的内表面连接有涡发生器。
8.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，微通道（111）按照几字型排布回转流动，且微通道（111）发生180°转向的次数加一为回转数m，而微通道（111）分成了n组相互并列的微通道（111），其中m和n都为自然数，其中如果m为奇数，那么微通道（111）的入口和出口位置在所述超临界二氧化碳换热器的同侧，如果m为偶数，那么微通道（111）的入口和出口位置在所述超临界二氧化碳换热器的异侧。
9.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，微通道（111）的转向处设置有圆角过渡。
10.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，微通道（111）为几字形，微通道（111）之间设置有肋壁（116），肋壁（116）内设置有横向连通孔，所述横向连通孔的形状包括圆形、半圆形或方形。
11.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，微通道（111）还包括第三微通道，封头部（12）还包括第三入口封头和第三出口封头，接管部（13）还包括第三入口接管和第三出口接管；所述第三入口接管、所述第三入口封头、所述第三微通道、所述第三出口封头和所述第三出口接管依次连通。
12.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，换热板（112）的长度和宽度分别为lx和ly，换热板（112）内含有留白区（114）和换热区（115），其中，留白区（114）的宽度为p，换热区（115）的长度和宽度分别为和，微通道（111）和肋壁（116）均位于换热区（115）；
13.根据权利要求12所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，进口或出口位置处的微通道（111）的流通宽度w和流通长度s分别为：和；n为微通道组数，无单位；w0为微通道组的宽度，单位为mm；wx为横向间隙，单位为mm；m为回转数，无单位；h为微通道组的高度，单位为mm；wy为纵向间隙，单位为mm。
14.根据权利要求13所述的超临界二氧化碳换热器，其特征在于，在微通道（111）为半圆形的前提下，所述超临界二氧化碳换热器的单板流通面积ah和单板换热面积sh分别为：和；n为微通道数，无单位；d为微通道（111）的宽度，单位为mm。
15.一种权利要求1所述的超临界二氧化碳换热器的设计方法，其特征在于，所述设计方法依次包括以下步骤：
16.一种权利要求1至14任一项所述的超临界二氧化碳换热器的多物理耦合试验系统，其特征在于，所述多物理耦合试验系统（2）包括多个功能模块，所述多个功能模块为：
17.根据权利要求16所述的多物理耦合试验系统，其特征在于：每个所述功能模块的模块外壳（28）为集装箱或压力容器，每个所述功能模块的模块外壳（28）均相同，每个所述功能模块均含有接口法兰（29）。
18.根据权利要求16所述的多物理耦合试验系统，其特征在于：所述多物理耦合试验系统能够测试多种不同的待测超临界二氧化碳换热器（211），所述多物理耦合试验系统能够测试的换热工质包括二氧化碳、水和氦气。
19.根据权利要求16所述的多物理耦合试验系统，其特征在于：冷却模块（22）内冷却器（221）为蛇形管换热器或套管式换热器，冷却模块（22）采用的冷却液体为水或油。
20.根据权利要求16所述的多物理耦合试验系统，其特征在于：驱动模块（25）内含有驱动泵（251），驱动泵（251）为离心泵或磁力泵。
21.根据权利要求16所述的多物理耦合试验系统，其特征在于：充排模块（27）内含有稳压器（271），稳压器（271）采用非接触式压力容器，稳压气体为氮气或氦气。
22.根据权利要求16所述的多物理耦合试验系统，其特征在于：待测超临界二氧化碳换热器（211）上安装有多种测量组件，所述多种测量组件含有测温组件（4）、测压组件（5）、测应变组件（6）和测腐蚀组件（7）。
23.根据权利要求22所述的多物理耦合试验系统，其特征在于：测温组件（4）包括测温接头（41）、第一盖型螺帽（42）、第一带孔铜垫（43）、测温仪表（44）、紧固螺母（45）、橡胶垫（46）和测温螺孔（47），通过调整测温接头（41）和第一盖型螺帽（42）的相对位置调整第一带孔铜垫（43）的受压状态能够固定测温仪表（44）。
24.根据权利要求22所述的多物理耦合试验系统，其特征在于：测压组件（5）包括测压接头（51）、第二盖型螺帽（52）、第二带孔铜垫（53）、测压管（54）和测压螺孔（55），通过调整测压接头（51）和第二盖型螺帽（52）的相对位置调整第二带孔铜垫（53）的受压状态能够固定测压管（54）。
25.根据权利要求22所述的多物理耦合试验系统，其特征在于：测应变组件（6）包括测应变接头（61）、应变柱（62）、测应变螺孔（63）和测量导线（64），通过应变柱（62）的拉伸或压缩状态测量待测超临界二氧化碳换热器（211）表面的应变特性。
26.根据权利要求22所述的多物理耦合试验系统，其特征在于：测腐蚀组件（7）包括测腐蚀接头（71）、第三盖型螺帽（72）、盲铜垫（73）和收集侧孔（74），通过调整测腐蚀接头（71）和第三盖型螺帽（72）的相对位置调整盲铜垫（73）的受压状态能够调整测工质是否流出测腐蚀组件（7）进行工质成分检测。
27.一种权利要求22所述多物理耦合试验系统的试验方法，其特征在于，所述试验方法依次包括以下步骤：
