[發明專利]一種用于測量管束換熱特性的系統和方法

有效

• 申請號: 201410797234.3
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN104483349A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 魏偉;孫奉仲;董沛鑫;程屾
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

1.一種用于測量管束換熱特性的系統，其特征是，包括進風管道，所述進風管道左側為進風口，所述進風管道內部從左至右依次設有軸流風機、風道閘門和文丘里段，所述文丘里段右側連接第一直管段，所述第一直管段內部設有皮托管，皮托管與微壓計相連，所述第一直管段右側連接有可更換的換熱管束試驗段，所述換熱管束試驗段右側接有第二直管段，所述第二直管段右側為排風口，所述換熱管束試驗段的左右兩側均設有溫度傳感器Ⅰ，所述溫度傳感器Ⅰ與數據采集器Ⅰ相連，數據采集器Ⅰ逐時測定換熱管束試驗段進風口和排風口的風溫。

2.如權利要求1所述的測量管束換熱特性的系統，其特征是，所述換熱管束試驗段的下端連接進水管，所述換熱管束試驗段的上端連接出水管。

3.如權利要求2所述的測量管束換熱特性的系統，其特征是，所述進水管通過轉子流量計和離心水泵與恒溫水浴相接，所述出水管與恒溫水浴相連。

4.如權利要求2所述的測量管束換熱特性的系統，其特征是，所述換熱管束試驗段的進水管和出水管上均設有溫度傳感器Ⅱ，所述溫度傳感器Ⅱ與數據采集器Ⅱ相連，數據采集器Ⅱ逐時測定換熱管束試驗段的進水口和出水口水溫。

5.如權利要求2所述的測量管束換熱特性的系統，其特征是，所述進水管末端連接有放氣閥，放氣閥與換熱管束試驗段連接。

6.如權利要求3所述的測量管束換熱特性的系統，其特征是，所述恒溫水浴為可設置溫度和記錄加熱時間的電加熱恒溫水浴。

7.一種用于測量管束換熱特性的方法，其特征是，包括以下步驟：

步驟1：將恒溫水浴進行充水，設定溫度并加熱；

步驟2：開啟離心水泵，低速運行，直到換熱管束試驗段中的空氣排空，進水管末端的放氣閥處溢出水；再高速運行離心水泵，直至工況穩定，即換熱管束試驗段進水管和出水管數據采集器Ⅱ測定的水溫相同；

步驟3：開啟軸流風機，并將風道閘板全開，最大風速運行，待工況穩定，讀取恒溫水浴的加熱裝置頻繁開啟的時間段，用于校核換熱管束試驗段的水側吸熱量和加熱量的熱平衡；

步驟4：讀取數據采集器Ⅰ的進風口和排風口的風溫，讀取數據采集器Ⅱ的進水口和出水口水溫，并采用“九宮格”法，用皮托管和微壓計測量得到進風管道橫截面的平均風速；

步驟5：調節風道閘板的開度大小，待工況穩定后，重復步驟4，得到不同風速下進風口和排風口的風溫和進水口和出水口水溫，以及進風管道橫截面的平均風速；

步驟6：處理實驗數據，去除試驗壞點，即熱平衡誤差超過10％的試驗點，計算換熱管束的換熱系數。

8.如權利要求7所述的測量管束換熱特性的方法，其特征是，所述步驟6處理實驗數據的步驟如下：

(6-1)計算總體換熱系數；

根據總體換熱量Q＝KAΔt，得到總體換熱系數其中，A為實驗管段總面積，Δt為叉流的對數平均溫差；

根據逆流對數平均溫差對叉流對數平均溫差Δt進行修正，其中Δt_max為兩種流體的進出口的最大溫差，Δt_min為兩種流體的進出口的最小溫差，并查溫差修正系數圖得到修正ψ值，得到叉流對數平均溫差Δt＝ψ·Δt_m；

(6-2)計算換熱管束試驗段空氣側的對流換熱系數；

先計算水側流態滿足Seider-Tate關聯式的適用條件，可計算得到努謝爾數Nu_f，并根據其中d為管徑，h_f為流體側對流換熱系數，λ為導熱系數，可計算得到水側的對流換熱系數

h1=λ×Nu1d=λ×1.86(Re1Pr1d/L)1/3(η1/ηw)0.14d,]]>

其中h₁為水側的對流換熱系數，λ為導熱系數，Nu₁為水側努謝爾數，d為管徑，Re₁為換熱管水側雷諾數，Pr₁為普朗特數，d為管徑，L為管長，η₁為流體溫度下的動力粘度系數，η_w為壁面溫度下的動力粘度系數；

根據

1K=1h1+δλ+1h2,]]>

其中K為總體換熱系數，h₁為水側的對流換熱系數，δ為換熱管束壁面厚度，λ為導熱系數，h₂為空氣側的對流換熱系數，可求得空氣側的對流換熱系數：

h2=11K-1h1-δλ.]]>