專利名稱：多功能寬流程單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置，特別是一種多功能寬流程單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置，屬于傳熱學(xué)和強(qiáng)化換熱技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著世界能源危機(jī)的不斷加深，能源的高效利用和轉(zhuǎn)化已成為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的重要課題。隨著“節(jié)能”概念的提出，人們對(duì)換熱設(shè)備緊湊化、高效化和低成本化的要求越來(lái)越高。近年來(lái)人們研究開(kāi)發(fā)出不少?gòu)?qiáng)化換熱管，如螺紋槽管、波浪管、扁管、微肋管等。這些強(qiáng)化換熱管性能如何？使用這些強(qiáng)化管制成的換熱器是否比現(xiàn)有的光管管殼式換熱器具有更高的換熱能力？適合哪些工作介質(zhì)？這些都是值得我們認(rèn)真研究的問(wèn)題。傳熱和流動(dòng)阻力特性不僅是考查換熱元件和換熱器綜合傳熱能力的重要指標(biāo)，而且也是進(jìn)行傳熱管優(yōu)化設(shè)計(jì)和換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本依據(jù)。試驗(yàn)是獲得換熱元件和換熱器傳熱與阻力性能的根本手段，而試驗(yàn)裝置則是保障試驗(yàn)條件、獲取可靠數(shù)據(jù)必須倚靠的硬件設(shè)施。目前市場(chǎng)上銷售的相關(guān)試驗(yàn)系統(tǒng)僅能用作教學(xué)和演示，無(wú)法達(dá)到科研試驗(yàn)的要求。而從已公開(kāi)的專利設(shè)計(jì)來(lái)看，以水為介質(zhì)進(jìn)行換熱器傳熱與阻力性能研究的試驗(yàn)裝置很少，且研究對(duì)象具有單一性(僅針對(duì)“板翅式換熱器，，，專利申請(qǐng)?zhí)?200810093929. 8)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種在層流區(qū)、過(guò)渡區(qū)和紊流區(qū)的很寬雷諾數(shù)范圍內(nèi)研究單管和管束換熱器傳熱及流動(dòng)阻力特性的多功能寬流程單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置。為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案主要由水池、自吸式高壓泵、第一過(guò)濾器、第二過(guò)濾器、高位水箱、第一穩(wěn)壓器、第二穩(wěn)壓器、第一渦輪流量計(jì)、第二渦輪流量計(jì)、試驗(yàn)段、電加熱水箱、高壓管道泵、溫度測(cè)量系統(tǒng)、壓差測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，所述的試驗(yàn)段分為單管換熱器和管束換熱器，單管換熱器和管束換熱器均采用逆流換熱方式，單管換熱器和管束換熱器冷、熱水的進(jìn)、出口均連接相同管路，相互間用閥門隔開(kāi)，所述單管換熱器和管束換熱器的冷水入口分為兩個(gè)支路，其中一條支路通過(guò)管線依次連接第一渦輪流量計(jì)、第一穩(wěn)壓器、第一過(guò)濾器、自吸式高壓泵和水池，另一條支路通過(guò)管線連接高位水箱，高位水箱的進(jìn)水管依次連接第一過(guò)濾器、自吸式高壓泵和水池，溢流管直接連接水池，所述的單管換熱器和管束換熱器冷水出口分為兩個(gè)支路，其中一條支路通過(guò)管線連接水池，另一條支路直接向環(huán)境排放，所述單管換熱器和管束換熱器的熱水入口通過(guò)管線依次連接第二渦輪流量計(jì)、第二穩(wěn)壓器、第二過(guò)濾器、高壓管道泵和電加熱水箱，所述換熱器的熱水出口通過(guò)管線連接電加熱水箱。本實(shí)用新型還可以包括1.自吸式高壓泵和高壓管道泵均設(shè)有旁通回路，其中自吸式高壓泵的旁通回路與水池連接，高壓管道泵的旁通回路與電加熱水箱連接，旁通回路通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)
3壓頭與流量。2.第一渦輪流量計(jì)和第二渦輪流量計(jì)均采用流量計(jì)組，其中，第一渦輪流量計(jì)組由三臺(tái)渦輪流量計(jì)組成，測(cè)量范圍可達(dá)0. 4m3/h 40m3/h，流量大小由調(diào)節(jié)閥控制，第二渦輪流量計(jì)組由兩臺(tái)渦輪流量計(jì)組成，測(cè)量范圍可達(dá)0. 4m3/h 20m3/h，流量大小由調(diào)節(jié)閥控制。3.在試驗(yàn)要求的冷水流量低于流量計(jì)的最小測(cè)量值時(shí)，采用高位水箱提供穩(wěn)定的壓頭，并由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)管束換熱器內(nèi)冷水流量的大小，流量測(cè)量采用稱重法。4.電加熱水箱內(nèi)設(shè)有加熱棒，單根加熱棒的額定電壓為380V，功率為4kW，總功率為200kW，所有加熱棒共分為17組，其中16組為12kW，1組為8kW，由控制系統(tǒng)控制，通過(guò)控制電加熱器的開(kāi)啟個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電加熱水箱內(nèi)熱水的升溫速度。5.試驗(yàn)段冷、熱水的進(jìn)出口溫度均由銅-康銅鎧裝熱電偶進(jìn)行測(cè)量。6.單管換熱器在進(jìn)行傳熱計(jì)算時(shí)，試驗(yàn)管外壁溫度由點(diǎn)焊在管壁上的鎳鎘-鎳硅熱電偶進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量截面為3 5個(gè)，根據(jù)試驗(yàn)管的截面形狀不同，使用不同數(shù)量的熱電偶和不同的分布方式，壁溫計(jì)算時(shí)采用所有熱電偶測(cè)量結(jié)果的平均值，并通過(guò)導(dǎo)熱計(jì)算得到試驗(yàn)管的內(nèi)壁溫度，再由對(duì)流換熱計(jì)算最終得到試驗(yàn)管的管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)。7.管束換熱器的管側(cè)壓降通過(guò)第一壓差變送器進(jìn)行測(cè)量，殼側(cè)壓降通過(guò)壓差變送器進(jìn)行測(cè)量；單管換熱器的管內(nèi)壓降通過(guò)第二壓差變送器進(jìn)行測(cè)量。所述單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置，所述試驗(yàn)裝置可進(jìn)行管束換熱器和單管換熱器的流動(dòng)阻力特性的試驗(yàn)研究。其中，管束換熱器的管側(cè)壓降通過(guò)壓差變送器進(jìn)行測(cè)量，殼側(cè)壓降通過(guò)壓差變送器進(jìn)行測(cè)量；單管換熱器的管內(nèi)壓降通過(guò)壓差變送器進(jìn)行測(cè)量。所述單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置，當(dāng)試驗(yàn)要求的冷水流量低于流量計(jì)的有效測(cè)量范圍時(shí)，流動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓頭由高位水箱提供，流量使用稱重法測(cè)量，管內(nèi)壓降改用傾斜微壓水柱壓差計(jì)進(jìn)行測(cè)量，為了保證試驗(yàn)在穩(wěn)定的壓頭下進(jìn)行，高位水箱設(shè)置了溢流管，使水箱液位保持一個(gè)固定的高度。所述單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置，傳熱和阻力實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，除水柱壓差計(jì)和稱重法流量測(cè)量值外，其余溫度、流量和壓降數(shù)據(jù)均由IMP分散式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入PC機(jī)，采用專門編制的軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、計(jì)算、顯示的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)還可以對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤、處理、打印，以供后期深入研究使用。本實(shí)用新型的有益效果是可實(shí)現(xiàn)單相對(duì)流換熱情況下，單管和管束換熱器傳熱及流動(dòng)阻力特性的試驗(yàn)研究，是換熱管開(kāi)發(fā)、優(yōu)化設(shè)計(jì)以及換熱器技術(shù)革新必不可少的重要試驗(yàn)裝置。該裝置可試現(xiàn)(1)對(duì)不同形狀和不同幾何尺寸的強(qiáng)化管進(jìn)行傳熱和流動(dòng)阻力的試驗(yàn)研究。( 對(duì)不同布管方式和不同結(jié)構(gòu)的管殼式換熱器進(jìn)行傳熱和流動(dòng)阻力的試驗(yàn)研究。( 試驗(yàn)流程寬，可以在層流區(qū)、過(guò)渡區(qū)和紊流區(qū)很寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行單管和管束換熱器的試驗(yàn)研究，并試時(shí)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。(4)測(cè)量精度高，試驗(yàn)裝置配備的測(cè)量和采集系統(tǒng)精度均在0.5級(jí)以上；此外，為了保證低雷諾數(shù)下測(cè)量的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)裝置還設(shè)有專門的管路，以便采用稱重法提高流量測(cè)量精度。本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置可以對(duì)不同形狀、不同幾何尺寸的單管，以及不同布管方式的管殼式換熱器進(jìn)行單相水-水換熱的試驗(yàn)研究。從而為換熱元件的開(kāi)發(fā)、優(yōu)化設(shè)計(jì)以及換熱器的技術(shù)革新提供可靠的技術(shù)支持。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型中采用的單管換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a是本實(shí)用新型中采用的圓管管束換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。圖北是圖3a的A-A剖視圖。圖4是本實(shí)用新型中采用的扁管管束換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實(shí)用新型中采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型做更詳細(xì)的描述圖1-5中各符號(hào)的含義為1、水池，2、自吸式高壓泵，3、過(guò)濾器，4、高位水箱，5、穩(wěn)壓器，6、渦輪流量計(jì)，7、調(diào)節(jié)閥，8、熱電偶，9、管束換熱器，10、熱電偶，11、壓差變送器，12、 熱電偶，13、熱電偶，14、單管換熱器，15、壓差變送器(或傾斜微壓水柱壓差計(jì))，16、調(diào)節(jié)閥，17、電加熱水箱，18、電加熱器，19、高壓管道泵，20、過(guò)濾器，21、穩(wěn)壓器，22、渦輪流量計(jì)， 23、調(diào)節(jié)閥，24、熱電偶，25、熱電偶，26、壓差變送器，27、熱電偶，28、熱電偶。29、傳熱管，30、 套管，31、密封墊，32、套管焊接法蘭，33、測(cè)壓環(huán)，34、密封法蘭，35、壓緊法蘭，36、螺栓，37、 螺釘，38、密封墊圈，39、密封墊，40、卡套活接，41、套管連接法蘭，42、螺栓。43、接口法蘭， 44、測(cè)壓接管，45、封頭，46、管板，47、筒體，48、拉桿，49、折流板。50、接口法蘭，51、測(cè)壓接管，52、封頭，53、管板，54、筒體，55、拉桿，56、折流板。實(shí)施例1 結(jié)合附圖1 整體結(jié)構(gòu)主要由水池1、自吸式高壓泵2、過(guò)濾器3、穩(wěn)壓器5、渦輪流量計(jì)6、調(diào)節(jié)閥7、熱電偶8、管束換熱器9、熱電偶10、壓差變送器11、熱電偶12、熱電偶13、單管換熱器 14、壓差變送器(或傾斜微壓水柱壓差計(jì))15、電加熱水箱17、電加熱器18、高壓管道泵19、 過(guò)濾器20、穩(wěn)壓器21、渦輪流量計(jì)22、調(diào)節(jié)閥23、熱電偶對(duì)、熱電偶25、壓差變送器沈、熱電偶27、熱電偶觀連接組成。用于單管單相對(duì)流換熱試驗(yàn)，其技術(shù)方案1是冷水側(cè)，啟動(dòng)自吸式高壓泵2使冷水經(jīng)過(guò)濾器3、穩(wěn)壓器5、渦輪流量計(jì)6，流量由調(diào)節(jié)閥7進(jìn)行調(diào)節(jié)后進(jìn)入試驗(yàn)段，冷水在試驗(yàn)段內(nèi)經(jīng)過(guò)換熱后，再流經(jīng)出口管路流回到水池1內(nèi)。冷水進(jìn)出口溫度由熱電偶12、熱電偶 13進(jìn)行測(cè)量。熱水側(cè)，首先控制電加熱器18將電加熱水箱17內(nèi)的水加熱到指定的溫度，打開(kāi)高壓管道泵19將熱水經(jīng)過(guò)濾器20、穩(wěn)壓器21、渦輪流量計(jì)22，通過(guò)調(diào)節(jié)閥23調(diào)節(jié)流量后進(jìn)入試驗(yàn)段，熱水在試驗(yàn)段內(nèi)經(jīng)過(guò)換熱后，再流經(jīng)出口管路流回到電加熱水箱17。熱水進(jìn)出口溫度由熱電偶觀、熱電偶27進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)試驗(yàn)要求的冷水流量低于流量計(jì)的有效測(cè)量范圍時(shí)，單管單相對(duì)流換熱試驗(yàn)采用技術(shù)方案2 自吸式高壓泵2將冷水經(jīng)過(guò)濾器3送入高位水箱4，由高位水箱提供壓頭，使冷水進(jìn)入試驗(yàn)段，在試驗(yàn)段內(nèi)經(jīng)過(guò)換熱后，直接向收集容器排放，由調(diào)節(jié)閥16調(diào)節(jié)流量，采用稱重法測(cè)量流量，熱水循環(huán)方式不變。用于單管冷態(tài)阻力試驗(yàn)時(shí)，其技術(shù)方案是當(dāng)試驗(yàn)要求的冷水流量達(dá)到流量計(jì)的有效測(cè)量范圍時(shí)，采用方案1的冷水循環(huán)方式，當(dāng)試驗(yàn)要求的冷水流量低于流量計(jì)的有效測(cè)量范圍時(shí)，采用方案2的冷水循環(huán)方式，冷水進(jìn)出口溫度由熱電偶12、熱電偶13進(jìn)行測(cè)量，管內(nèi)壓降由壓差變送器(或傾斜微壓水柱壓差計(jì))15測(cè)量。關(guān)閉熱水循環(huán)。用于管束單相對(duì)流換熱和阻力試驗(yàn)，其技術(shù)方案是冷水與熱水循環(huán)方式與單管試驗(yàn)方案1基本相同，只是把單管換熱器14換成管束換熱器9，冷水進(jìn)出口溫度改由熱電偶 8、熱電偶10進(jìn)行測(cè)量，熱水進(jìn)出口溫度改由熱電偶25、熱電偶M進(jìn)行測(cè)量，管程壓降由壓差變送器11測(cè)量，殼程壓降由壓差變送器沈測(cè)量。以上所述的僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，根據(jù)試驗(yàn)管的特點(diǎn)和管束結(jié)構(gòu)型式的不同，試驗(yàn)段的結(jié)構(gòu)可作出相應(yīng)調(diào)整，在此并未一一列舉。另外，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種多功能寬流程單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置，其特征是主要由水池(1)、自吸式高壓泵O)、第一過(guò)濾器(3)、第二過(guò)濾器(20)、高位水箱G)、第一穩(wěn)壓器(5)、第二穩(wěn)壓器 (21)、第一渦輪流量計(jì)(6)、第二渦輪流量計(jì)(22)、試驗(yàn)段、電加熱水箱(17)、高壓管道泵 (19)、溫度測(cè)量系統(tǒng)、壓差測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，所述的試驗(yàn)段分為單管換熱器 (14)和管束換熱器(9)，單管換熱器(14)和管束換熱器(9)均采用逆流換熱方式，單管換熱器(14)和管束換熱器(9)冷、熱水的進(jìn)、出口均連接相同管路，相互間用閥門隔開(kāi)，所述單管換熱器(14)和管束換熱器(9)的冷水入口分為兩個(gè)支路，其中一條支路通過(guò)管線依次連接第一渦輪流量計(jì)(6)、第一穩(wěn)壓器( 、第一過(guò)濾器C3)、自吸式高壓泵( 和水池(1)， 另一條支路通過(guò)管線連接高位水箱G)，高位水箱的進(jìn)水管依次連接第一過(guò)濾器(3)、 自吸式高壓泵( 和水池(1)，溢流管直接連接水池(1)，所述的單管換熱器(14)和管束換熱器(9)冷水出口分為兩個(gè)支路，其中一條支路通過(guò)管線連接水池(1)，另一條支路直接向環(huán)境排放，所述單管換熱器(14)和管束換熱器(9)的熱水入口通過(guò)管線依次連接第二渦輪流量計(jì)(22)、第二穩(wěn)壓器(21)、第二過(guò)濾器(20)、高壓管道泵(19)和電加熱水箱(17)，所述換熱器的熱水出口通過(guò)管線連接電加熱水箱(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能寬流程單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置，其特征是自吸式高壓泵( 和高壓管道泵(19)均設(shè)有旁通回路，其中自吸式高壓泵O)的旁通回路與水池 (1)連接，高壓管道泵(19)的旁通回路與電加熱水箱(17)連接，旁通回路通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)壓頭與流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能寬流程單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置，其特征是第一渦輪流量計(jì)(6)和第二渦輪流量計(jì)0 均采用流量計(jì)組，其中，第一渦輪流量計(jì)組由三臺(tái)渦輪流量計(jì)組成，測(cè)量范圍達(dá)0. 4m3/h 40m3/h，流量大小由調(diào)節(jié)閥控制，第二渦輪流量計(jì)組由兩臺(tái)渦輪流量計(jì)組成，測(cè)量范圍達(dá)0. 4m3/h 20m3/h，流量大小由調(diào)節(jié)閥控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能寬流程單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置，其特征是電加熱水箱(17)內(nèi)設(shè)有加熱棒，單根加熱棒的額定電壓為380V，功率為4kW，總功率為200kW，所有加熱棒共分為17組，其中16組為12kW，1組為8kW，由控制系統(tǒng)控制，通過(guò)控制電加熱器的開(kāi)啟個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電加熱水箱內(nèi)熱水的升溫速度。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多功能寬流程單相對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置。包括循環(huán)水系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)段四部分組成。循環(huán)水系統(tǒng)由熱水循環(huán)系統(tǒng)和冷水循環(huán)系統(tǒng)兩部分組成；電加熱系統(tǒng)主要由電加熱器和相應(yīng)的控制系統(tǒng)構(gòu)成；測(cè)量系統(tǒng)包括溫度測(cè)量、流量測(cè)量、壓差測(cè)量及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)段由一套管式換熱器和一管束換熱器并聯(lián)組成。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活方便；設(shè)備體積小，數(shù)量少、測(cè)量精度高；集傳熱管和管束換熱器單相對(duì)流換熱和流動(dòng)阻力測(cè)試于一體，可以在層流區(qū)、過(guò)渡區(qū)和紊流區(qū)的很寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)對(duì)不同形狀、不同幾何尺寸的傳熱管和不同布管方式的換熱器進(jìn)行傳熱特性及流動(dòng)阻力特性的試驗(yàn)研究。
文檔編號(hào)G01N25/20GK201945567SQ20102065902
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者孫中寧, 朱升, 王鸞, 范廣銘, 閻昌琪 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)