[發(fā)明專利]測量強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)的裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810165714.6
• 申請(qǐng)日: 2018-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN108279257A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程向明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/48
• 分類號(hào): G01N25/48
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

1.一種測量強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)的裝置，其特征在于，根據(jù)氣流流動(dòng)方向從左向右依次包括：減小氣流從外界進(jìn)入裝置后產(chǎn)生漩渦的進(jìn)氣導(dǎo)風(fēng)段、穩(wěn)定從所述進(jìn)氣導(dǎo)風(fēng)段流出氣流的穩(wěn)定氣流段、測量從所述穩(wěn)定氣流段流出氣流質(zhì)量流量的質(zhì)量流量測量段、加熱從所述質(zhì)量流量測量段流出氣流并測量加熱前后氣流溫度的溫度測量段及將從所述溫度測量段流出氣流平穩(wěn)導(dǎo)出至外界的出氣導(dǎo)風(fēng)段；

其中，迫使氣流在裝置內(nèi)部快速流動(dòng)的風(fēng)機(jī)設(shè)于所述進(jìn)氣導(dǎo)風(fēng)段進(jìn)風(fēng)處或所述出氣導(dǎo)風(fēng)段出風(fēng)處；所述進(jìn)氣導(dǎo)風(fēng)段、所述穩(wěn)定氣流段、所述質(zhì)量流量測量段、所述溫度測量段及所述出氣導(dǎo)風(fēng)段的長度比為1:3:4:3:2～1:8:10:8:6。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)的裝置，其特征在于，所述穩(wěn)定氣流段上設(shè)有一測量其內(nèi)氣流溫度的穩(wěn)定段溫度探頭，所述穩(wěn)定段溫度探頭與穩(wěn)定段溫度計(jì)電連接；所述質(zhì)量流量測量段上設(shè)有測量其內(nèi)氣流壓力的壓力測量機(jī)構(gòu)；所述溫度測量段設(shè)有加熱其內(nèi)氣流的加熱機(jī)構(gòu)及測量其內(nèi)氣流溫度的溫度測量機(jī)構(gòu)；在所述穩(wěn)定氣流段、所述質(zhì)量流量測量段、所述溫度測量段及所述出氣導(dǎo)風(fēng)段外壁均覆有絕熱材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測量強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)的裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣導(dǎo)風(fēng)段為喇叭漸縮流線型，進(jìn)氣導(dǎo)風(fēng)段出口處圓弧的切線與水平方向夾角為30～50°。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)的裝置，其特征在于，所述質(zhì)量流量測量段從左向右依次包括圓筒段、喇叭形漸縮段及喇叭形漸擴(kuò)段；所述圓筒段的長度與直徑的比為1：1～1：2；喇叭形漸縮段入口處與其出口處的直徑比為3：1～4：1；所述壓力測量機(jī)構(gòu)包括設(shè)于圓筒段上的第一壓力探頭及設(shè)于喇叭形漸縮段與喇叭形漸擴(kuò)段銜接處的第二壓力探頭；所述第一壓力探頭、所述第二壓力探頭分別與第一壓力計(jì)、第二壓力計(jì)電連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種測量強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)的裝置，其特征在于，所述溫度測量機(jī)構(gòu)包括從左向右依次設(shè)于所述溫度測量段上測量未經(jīng)所述加熱機(jī)構(gòu)加熱氣流溫度的前向測溫探頭、測量所述加熱機(jī)構(gòu)加熱溫度的加熱溫度探頭及測量已經(jīng)所述加熱機(jī)構(gòu)加熱氣流溫度的后向測溫探頭；所述前向測溫探頭、加熱溫度探頭、及所述后向測溫探頭分別與前向溫度計(jì)、加熱溫度計(jì)及后向溫度計(jì)相連；所述加熱機(jī)構(gòu)包括由若干已知溫度系數(shù)光滑實(shí)心金屬加熱棒垂直于氣流流動(dòng)方向平行排列設(shè)于所述溫度測量段內(nèi)而構(gòu)成且與加熱溫度探頭連接的加熱棒簇及加熱所述加熱棒簇的加熱器；所述加熱器與由加熱電源、設(shè)有功率調(diào)節(jié)旋鈕的功率調(diào)節(jié)器、電壓計(jì)及電流計(jì)組成的回路電連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)的裝置，其特征在于，所述加熱棒簇由若干加熱棒組平行等距排列而成，每個(gè)所述加熱棒組由若干已知溫度系數(shù)光滑實(shí)心金屬加熱棒沿垂直于加熱棒組排列方向直線平行等距排列，相鄰兩個(gè)加熱棒組的加熱棒呈交錯(cuò)排列；相鄰兩個(gè)加熱棒組及同一加熱棒組中相鄰兩個(gè)加熱棒的間距均為2～3cm；所述加熱棒簇中設(shè)有4～5個(gè)所述加熱棒組，每個(gè)所述加熱棒組中設(shè)有4～6根所述加熱棒。

7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述的測量強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)的裝置，其特征在于，所述穩(wěn)定氣流段出風(fēng)處及所述溫度測量段進(jìn)風(fēng)處各設(shè)有一整流格柵，所述整流格柵由若干平行排列的橫隔板、縱隔板垂直交叉連接而成，所述橫隔板、所述縱隔板將所述整流格柵分割成70～100個(gè)整流小單元。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)的裝置，其特征在于，所述出氣導(dǎo)風(fēng)段由圓錐漸縮狀軟材料制成，所述軟材料為帆布。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)的裝置，其特征在于，所述風(fēng)機(jī)為一變頻離心風(fēng)機(jī)。

10.一種采用權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)裝置進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，開啟風(fēng)機(jī)，外界氣流在風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)過進(jìn)氣導(dǎo)風(fēng)段減小漩渦后進(jìn)入穩(wěn)定氣流段進(jìn)行穩(wěn)定，經(jīng)穩(wěn)定段溫度探頭測量穩(wěn)定氣流段內(nèi)氣流溫度；

步驟2，穩(wěn)定后的氣流經(jīng)過所述穩(wěn)定氣流段出風(fēng)處的整流格柵整流后進(jìn)入質(zhì)量流量測量段，根據(jù)第一壓力探頭、第二壓力探頭測得所述質(zhì)量流量測量段內(nèi)氣流的靜壓差，從而得出其內(nèi)的氣流質(zhì)量流量；

步驟3，從所述質(zhì)量流量測量段流出的氣流經(jīng)過溫度測量段入口的整流格柵再次整流后，掠過由若干已知溫度系數(shù)光滑實(shí)心金屬加熱棒構(gòu)成的加熱棒簇，通電加熱的加熱棒棒體通過強(qiáng)迫對(duì)流換熱將熱量傳遞給流動(dòng)的氣流，通過前向測溫探頭及后向測溫探頭測量分別流經(jīng)加熱棒簇前后氣流的前向溫度及后向溫度，計(jì)算氣流掠過加熱棒簇后的吸熱量，測量完畢的氣流經(jīng)出氣導(dǎo)風(fēng)段排出到外界；

步驟4，如果氣流掠過加熱棒簇后的吸熱量與加熱棒簇的發(fā)熱量不相等，則裝置未達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)上的變頻旋鈕調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量及調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)器上的功率調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)控制加熱器對(duì)加熱棒簇的加熱功率，重復(fù)步驟1～3；如果氣流掠過加熱棒簇后的吸熱量與加熱棒簇的發(fā)熱量相等，則裝置達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，讀取穩(wěn)定段溫度計(jì)、第一壓力計(jì)、第二壓力計(jì)、前向溫度計(jì)、加熱溫度計(jì)、后向溫度計(jì)、電壓計(jì)及電流計(jì)的數(shù)據(jù)，通過加熱棒的換熱系數(shù)K、加熱棒與空氣的換熱熱阻R_w及公式：1/α＝1/K–R_w計(jì)算對(duì)流換熱系數(shù)α，再通過公式：Nu＝αD₀/λ_w計(jì)算得出該準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)工況下的強(qiáng)迫對(duì)流加熱棒簇努塞爾數(shù)。