[發(fā)明專利]微溫差條件下提高換熱器換熱量測量精度的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510589853.8
• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105136342B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈宇綱
• 申請（專利權(quán)）人: 上海佐竹冷熱控制技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01K17/08
• 分類號: G01K17/08
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31211
• 代理人: 欒美潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及換熱器測試技術(shù)，具體屬于一種微溫差條件下測量換熱器換熱量的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在換熱器行業(yè)中，為了檢測換熱器的性能，通常需要采用一個換熱器性能測試裝置，該裝置的測試原理基本為焓差法，即通過測量一側(cè)流體的質(zhì)量流量和進出口焓差來計算該換熱器的換熱量。當(dāng)流體為單相流體時，例如水，就可以通過測量水的進出口溫度來計算水的焓值。這種測量方法雖然簡單易于實現(xiàn)，但是卻存在一定的缺點，即換熱量的測量精度受流體進出口焓差或溫差的影響比較大，當(dāng)流體的進出口焓差或溫差越小，該方法的測量誤差就越大，下面以流體為水作為例子加以說明。

假定質(zhì)量流量的測量不確定度為0.1％(k＝3)，溫度的測量精度為0.1℃(k＝2)，忽略漏熱的影響。

條件1：假定水的質(zhì)量流量為1kg/s，流入換熱器時的進口溫度為20℃，從換熱器流出時的出口溫度為30℃，25℃水的定壓比熱為4.1816kJ/kg℃，則換熱量為Q＝1×(30-20)×4.1816＝41.816kW。條件1的測量不確定度為0.592kW(k＝2)，參見表一，測量不確定度的計算參照《使用測量不確定度評定》，第3版，246頁，中國計量出版社，2009年。

條件2：假定水的質(zhì)量流量為10kg/s，流入換熱器時的進口溫度為20℃，從換熱器流出時的出口溫度為21℃，20.5℃水的定壓比熱為4.1840kJ/kg℃，則換熱量為Q＝10×(21-20)×4.1840＝41.840kW。條件2的測量不確定度為5.91kW(k＝2)，參見表二。

從以上兩種情況可以看出，雖然兩種條件下?lián)Q熱量相同，但是換熱量的測量精度卻大不相同。在流體進出口溫差微小(小于等于5℃)的情況下，如何提高換熱量的測量精度一直是行業(yè)內(nèi)的重要研究課題。其中，最常用的方法就是采用更高精度的溫度傳感器，例如將溫度傳感器的測量精度提高到0.01℃(k＝2)，如果在條件2中采用這種溫度傳感器，那么條件2的測量不確定度才為0.592kW(K＝2)，如表三。

然而，上述計算結(jié)果只是理論精度，在工程實踐中還存在以下問題：

1)傳感器價格比較昂貴，而且精度越高價格越貴，并且不宜在現(xiàn)場進行計量，這直接影響了試驗方法的推廣；

2)在測試過程中不可避免地存在傳感器的漏熱，以及流體溫度場均勻性的問題，即便采用測量精度為0.01℃的溫度傳感器，實際測量的溫度不確定度也會高于前述理論計算中的溫度不確定度，因此為了降低漏熱和溫度均勻性的影響，針對換熱器的整個測試系統(tǒng)搭建難度非常高；

3)當(dāng)流體的進出口溫差進一步縮小時，如溫差在0.1℃～1℃，目前也再無更好的解決方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種微溫差條件下測量換熱器換熱量的系統(tǒng)及方法，在換熱器進出口溫差微小的情況下可以提高換熱器的換熱量測量精度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的微溫差條件下測量換熱器換熱量的系統(tǒng)，包括被測換熱器、二次側(cè)流體循環(huán)裝置和一次側(cè)流體供給裝置；

所述被測換熱器包括第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，其中第一入口和第一出口與所述二次側(cè)流體循環(huán)裝置連接，第二入口和第二出口由另一換熱流體流入和流出；

所述二次側(cè)流體循環(huán)裝置具有流量控制器、入口A和出口B，其中入口A和出口B通過一連接管路相連，所述流量控制器使流入被測換熱器第一入口的流體流量保持恒定，所述被測換熱器的第一入口設(shè)有一第一溫度傳感器，被測換熱器的第一出口之間設(shè)有一第二溫度傳感器，一第一流量計設(shè)于被測換熱器的第一入口或者被測換熱器的第一出口；

所述一次側(cè)流體供給裝置與二次側(cè)流體循環(huán)裝置連通，且出口處設(shè)有一第三溫度傳感器，一第二流量計設(shè)于一次側(cè)流體供給裝置的入口處或出口處，所述一次側(cè)流體供給裝置提供恒定溫度的流體，通過改變一次側(cè)流體供給裝置提供的流體流量使流入被測換熱器第一入口的流體溫度恒定。