[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

技術領域

本發明涉及一種用于測量管束換熱特性的系統和方法。

背景技術

在工程實踐中，換熱器在動力、化工、冶金、航天、空調、制冷、機械、輕紡、建筑等行業都應用廣泛，換熱器根據不同的用途及換熱環境有相應的不同形式，其中換熱管束廣泛應用于兩種介質的間接對流換熱過程。為了強化對流傳熱效果，在傳統換熱圓管的基礎上，進行再加工，主要有涂層或多孔表面等處理表面、粗糙表面、翅片等擴展表面、擾流元件、扭曲帶或螺旋葉片等旋流元件、螺旋管等。

在兩種介質的間接換熱器中，單位時間內的換熱量與冷熱流體的溫度差及換熱面積成正比，即Q＝KAΔt，式中，K——換熱系數為反映換熱器傳熱效果強弱的指標。管束的總體換熱系數K的與管束的導熱、兩種介質的對流換熱系數相關，不同的管束由于其外部換熱面結構不同，其總體換熱系數和對流換熱系數也不同。因此，針對不同強化傳熱管束，測定不同風速下的實驗段總體換熱系數、風側的對流換熱系數進行驗證，對指導實際工程中不同換熱管束的設計應用十分重要。

目前沒有能夠精確地對不同換熱管束的換熱系數進行測量的系統。主要存在的問題有：針對不同設計工況，需要設置配套的風道及水側管道，實驗平臺沒有通用性；實驗平臺受搭建位置限制，測量不精確；換熱影響因素較多，試驗熱平衡難以保證，試驗結果誤差較大。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種用于測量管束換熱特性的系統，該系統只需要更換設計換熱管束的試驗段，配套的風道及水側管道不用更換，具有通用性。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種用于測量管束換熱特性的系統，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滿足皮托管等測量儀表精度的一定長度的第一直管段，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(可按照不同工況進行更換)，所述換熱管束試驗段右側接有一定長度的第二直管段，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。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，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。

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。

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。

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。恒溫水浴采用電加熱的方式，有內置加熱管束運行計時的功能，可準確計算電加熱功率，用于熱平衡計算；可自行調節恒溫水溫度，精度可達±0.5℃。

恒溫水浴、進水管、換熱管束試驗段和出水管構成水環路，其中換熱管束試驗段內為流動的水側；進風口、軸流風機、文丘里段、第一直管段、換熱管束外側風道、第二直管段構成空氣環路，其中換熱管束外側風道為空氣側。

一種用于測量管束換熱特性的方法，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。

加熱量是恒溫水浴的加熱量；吸熱量是用公式計算的，即cm(t₁-t₂)＝4.187×水的質量流量×(入口水溫-出口水溫)。