CN101526419A - 板翅式换热器翅片流动特性测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种板翅式换热器翅片流动特性测试方法及装置，所述的测试方法是：利用具有计算机控制和计算功能的翅片流动特性测试装置，实时测量空气流过翅片的压降、流量和翅片前后的温度，得出摩擦因子f随雷诺数Re变化关系的翅片流动特性曲线，将此曲线与标准的翅片流动特性曲线进行对比，从而检验出翅片的性能和质量；所述的测试装置由翅片模具总成、高压风机、温度传感器、差压变送器、空气流量计、压力传感器、高精度数据采集与控制板、计算机测控软件组成，所述的翅片模具总成由油泵液压装置、夹置翅片的夹具与风道组成，该翅片模具总成的两端分别通过压力接头、软接头固定在左右两支架上，在空气进口的连接管路上设置有温度传感器，并最终与高压风机相连，在空气出口侧安装有空气流量计、压力传感器以及出口温度传感器；它具有测试方法和装置简单，精度高，能够较为方便地检验翅片的质量和性能等特点。

Description

板翅式换热器翅片流动特性测试方法及装置

技术领域

本发明涉及的一种板翅式换热器翅片流动特性测试方法及装置，属于流体力学技术领域。

背景技术

翅片是板翅式换热器中的基本换热单元，其质量优劣直接影响换热器的流动和传热性能。目前，板翅式换热器翅片的质量检验首先采用目测方式，观察翅片是否存在毛刺？平整度如何？然后用游标卡尺或者螺旋测微器等简单的工具测量翅高、节距等参数，判断有关尺寸是否在公差范围内。上述传统的检测方法太过于依赖专业人员的经验，难以对翅片质量作出准确的判断。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种通过测试板翅式换热器翅片的流动特性，从而评价翅片质量的板翅式换热器翅片流动特性测试方法及装置。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的板翅式换热器翅片流动特性测试方法是：利用具有计算机控制和计算功能的翅片流动特性测试装置，实时测量空气流过翅片的压降、流量和翅片前后的温度，通过如下技术公式(1)：

$\mathrm{Re}=\frac{Q\×\mathrm{De}}{A\×\mathrm{\γ}}---\left(1\right),$

其中：Q——空气流量，m³/s；

De——通道的当量直径，m；

A——流通面积，m²；

γ——运动粘度，m²/s。

通道的当量直径De为：

其中：P——节距，mm；

T——翅厚，mm；

H——翅高，mm。

流通面积A为：

$A=(P-T)\×(H-T)\×\frac{0.3\×0.001}{P}\×N$

其中：N——表示翅片的层数。

求得流过翅片的空气雷诺数Re；

利用如下公式(2)：

$f=\frac{\mathrm{\ΔP}}{4\×\frac{l}{\mathrm{De}}\×\frac{{\mathrm{\ρu}}^2}{2}}---\left(2\right)$

其中：ΔP——流经翅片的空气压差，通过差压变送器得到；

l——换热器的长度，m，l＝0.3m；

ρ——空气的密度，kg/m³；

De——通道当量直径，m，和上面给出的公式是一样的；

u——通道中空气的流速，m/s； $u=\frac{Q}{A};$

求得空气流经翅片时的阻力系数f；

然后得出摩擦因子f随雷诺数Re变化关系的翅片流动特性曲线，将此曲线与标准的翅片流动特性曲线进行对比，从而检验出翅片的性能和质量。

本发明所述的板翅式换热器翅片流动特性测试装置，该装置由翅片模具总成、变频器、高压风机、温度传感器、差压变送器、空气流量计、压力传感器、高精度数据采集与控制板、计算机测控软件等组成，所述的翅片模具总成由油泵液压装置、夹置翅片的夹具与风道组成，该翅片模具总成的两端分别通过压力接头、软接头固定在左右两支架上，在空气进口的连接管路上设置有温度传感器，并最终与高压风机相连，在空气出口侧安装有空气流量计、压力传感器以及出口温度传感器。

所述的高压风机为一罗茨风机，它的前后分别安装有进气消音器和出口消音器，并经过一膨胀节和闸阀用管路与翅片模具总成一侧的进口软接头相连接。

本发明利用具有计算机控制和计算功能的翅片流动特性测试装置，实时测量空气流过翅片的压降、流量和翅片前后的温度，得出摩擦因子(f)随雷诺数(Re)变化关系的翅片流动特性曲线，将此曲线与标准的翅片流动特性曲线进行对比，通过检验翅片的质量和性能，评价生产翅片所用的刀具的制造质量、新刀具的安装质量，并确定刀具的更换时间。此外，通过测试，还可以检验生产翅片所用的薄金属板材的质量是否符合工艺要求。

附图说明

图1是本发明所述的测试装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：本发明所述的板翅式换热器翅片流动特性测试方法是：利用具有计算机控制和计算功能的翅片流动特性测试装置，实时测量空气流过翅片的压降、流量和翅片前后的温度，通过如下技术公式(1)：

$\mathrm{Re}=\frac{Q\×\mathrm{De}}{A\×\mathrm{\γ}}---\left(1\right),$

其中：Q——空气流量，m³/s；

De——通道的当量直径，m；

A——流通面积，m²；

γ——运动粘度，m²/s。

通道的当量直径De为：

其中：P——节距，mm；

T——翅厚，mm；

H——翅高，mm。

流通面积A为： $A=(P-T)\×(H-T)\×\frac{0.3\×0.001}{P}\×N$

其中：N——表示翅片的层数。

求得流过翅片的空气雷诺数Re；

利用如下公式(2)：

$f=\frac{\mathrm{\ΔP}}{4\×\frac{l}{\mathrm{De}}\×\frac{{\mathrm{\ρu}}^2}{2}}---\left(2\right)$

其中：ΔP——流经翅片的空气压差，通过差压变送器得到；

l——换热器的长度，m，l＝0.3m；

ρ——空气的密度，kg/m³；

De——通道当量直径，m，和上面给出的公式是一样的；

u——通道中空气的流速，m/s； $u=\frac{Q}{A};$

求得空气流经翅片时的阻力系数f；

然后得出摩擦因子(f)随雷诺数(Re)变化关系的翅片流动特性曲线，将此曲线与标准的翅片流动特性曲线进行对比，从而检验出翅片的性能和质量。

图1所示的标号是：

1——电动机  2——空气进口消音器  3——高压风机  4——空气出口消音器

5——膨胀节  6——闸阀7——支架1  8——空气进口温度传感器  9支架2

10——空气进口软接头  11——压力接头1  12——翅片模具总成  13——压力接头2

14——空气出口软接头  15——支架3  16——空气流量计  17——支架4

18——压力传感器  19——空气出口温度传感器.

图中所示，本发明所述的板翅式换热器翅片流动特性测试装置，由翅片模具总成12、变频器、高压风机3、温度传感器8、19、差压变送器、空气流量计16、压力传感器18、高精度数据采集与控制板、计算机测控软件等组成，所述的翅片模具总成12由油泵液压装置、夹置翅片的夹具与风道组成，该翅片模具总成的两端分别通过压力接头、软接头固定在左右两支架上，在空气进口的连接管路上设置有温度传感器，并最终与高压风机相连，在空气出口侧安装有空气流量计、压力传感器以及出口温度传感器。

所述的高压风机为一罗茨风机，它的前后分别安装有进气消音器和出口消音器，并经过一膨胀节和闸阀用管路与翅片模具总成一侧的进口软接头相连接。

本发明所述的板翅式换热器翅片流动特性的测试是在一种高精度、全自动的风洞系统中进行的，所述的罗茨风机3风量通过变频器来调节，翅片模具12包括夹具与风道，如图2所示。夹具和风道的操作在油泵开启的状态下完成。实验过程中夹具、风道关闭后可保证风道的密封性，开模和开启风道后可方便地更换被测翅片。

本发明的所述的传感器用途是：

1、进、出口温度传感器，主要用于测量翅片进、出口空气的温度；温度信号进入自制的采集与控制板卡，由软件进行处理。

2、差压变送器，主要用于测量翅片空气进、出口两端的压差ΔP。压差信号进入自制的采集与控制板卡，由软件进行处理。

3、空气流量计，用于测量翅片出口空气流量Q。流量信号进入自制的采集与控制板卡，由软件进行处理。

测试装置中空气流动的流程为：空气从进口消音器2进入，通过风机3提高压力，由出口消音器4、膨胀节5、闸阀6进入风管；由空气进口温度传感器8测量空气进口温度，然后通过进口软接头10进入被测翅片；在翅片模具的风道端部安装两个压力接头11、13测量翅片两端的压差，空气流过被测翅片后压力降低，再经过出口软接头14，空气流量计16，压力传感器18和空气出口温度传感器19，最终流出风管。

本发明上述测试装置的功能是为了检验翅片的性能和质量，从而评价用于翅片制造的刀具制造与安装质量、磨损状况和生产翅片所用的薄金属板材的质量。即：通过实验获得可以表征f与Re关系的翅片流动特性曲线，并与标准流动特性曲线进行对比，从而评价翅片的性能和质量。板翅式换热器翅片流动特性的测试是一种高精度、全自动的风洞系统，该装置由翅片模具总成、变频器、高压风机、温度传感器、差压变送器、空气流量计、压力传感器、高精度数据采集与控制板卡、计算机测控软件等组成。翅片模具总成由油泵液压装置、翅片夹具和风道组成。

所述的翅片模具总成在液压装置的驱动下，完成夹具和风道的闭合与开启；夹具和风道闭合后，能够确保翅片模具总成中空气进、出口的密封性。所述高压风机在变频器的控制下，能够实现风量的按比例调节。

能够实现手动和自动两种操作模式的切换，实现数据采集以及对风机、液压装置进行控制，实现状态显示与报警保护的电气系统；它能够实现数据的采集、分析、显示、存储、输出和打印功能的计算机测试与控制软件。它可以获得可以表征f与Re关系的翅片标准流动特性曲线，据此可以准确地评价翅片的性能与质量。

Claims (3)

1、一种板翅式换热器翅片流动特性测试方法，它是利用具有计算机控制和计算功能的翅片流动特性测试装置，实时测量空气流过翅片的压降、流量和翅片前后的温度，通过如下技术公式(1)：

$\mathrm{Re}=\frac{Q\×\mathrm{De}}{A\×\mathrm{\γ}}---\left(1\right),$

其中：Q——空气流量，m³/s；

De——通道的当量直径，m；

A——流通面积，m²；

γ——运动粘度，m²/s。

通道的当量直径De为：

其中：P——节距，mm；

T——翅厚，mm；

H——翅高，mm。

流通面积A为： $A=(P-T)\×(H-T)\×\frac{0.3\×0.001}{P}\×N$

其中：N——表示翅片的层数。

求得流过翅片的空气雷诺数Re；

利用如下公式(2)：

$f=\frac{\mathrm{\ΔP}}{4\×\frac{l}{\mathrm{De}}\×\frac{{\mathrm{\ρu}}^2}{2}}---\left(2\right)$

其中：ΔP——流经翅片的空气压差，通过差压变送器得到；

l——换热器的长度，m，l＝0.3m；

ρ——空气的密度，kg/m³；

De——通道当量直径，m，和上面给出的公式是一样的；

u——通道中空气的流速，m/s； $u=\frac{Q}{A};$

求得空气流经翅片时的阻力系数f；

然后得出摩擦因子f随雷诺数Re变化关系的翅片流动特性曲线，将此曲线与标准的翅片流动特性曲线进行对比，从而检验出翅片的性能和质量。

2、一种用于如权利要求1所述的板翅式换热器翅片流动特性测试方法的测试装置，其特征在于该装置由翅片模具总成、高压风机、温度传感器、差压变送器、空气流量计、压力传感器、高精度数据采集与控制板、计算机测控软件组成，所述的翅片模具总成由油泵液压装置、夹置翅片的夹具与风道组成，该翅片模具总成的两端分别通过压力接头、软接头固定在左右两支架上，在空气进口的连接管路上设置有温度传感器，并最终与高压风机相连，在空气出口侧安装有空气流量计、压力传感器以及出口温度传感器。

3、根据权利要求2所述的板翅式换热器翅片流动特性测试方法的测试装置，其特征在于所述的高压风机为一罗茨风机，它的前后分别安装有进气消音器和出口消音器，并经过一膨胀节和闸阀用管路与翅片模具总成一侧的进口软接头相连接。

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