CN101750151B - 换热翅片温度场红外可视化实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及换热器流动传热过程中温度场实验装置，旨在提供一种换热翅片的温度场红外可视化实验装置。该装置包括两个交汇于换热器的介质通道，换热器的内管与介质通道是活动连接的；换热器有一处活动连接的外壳部位，该外壳部位的内壁与所述内管固定连接，且其外壁与一个快速弹簧相连；所述快速弹簧的伸缩段上方设置一个红外温度摄像仪。与现有实验测试技术相比，本发明通过非接触式测量，可以实现换热翅片表面温度场的可视化测试，得到全场温度分布的详细信息。该装置便捷轻巧，便于移动；可同时配置热电偶测试，而且可以根据不同数值模拟验证需求，通过替换实验段，实现多种换热表面的可视化测试。

Description

换热翅片温度场红外可视化实验装置
技术领域
本发明涉及换热器流动传热过程中温度场可视化实验系统，更具体地说，本发明涉及一种换热翅片的温度场红外可视化实验装置。
背景技术
流动传热现象普遍存在于各工业过程中，近年来，出现了许多强化换热技术并被实践应用。但是，大部分强化技术都是以功耗的大幅度增加换取了传热效果的提高，这是因为，流动传热的微观影响机理并不十分清晰。
各种换热器的流动传热性能的研究大多是以传统实验测试其宏观性能指标为主，即测得换热器进出口温差及压差等指标。至于换热器内的流动以及传热具体细节则无从得知。随着数值仿真技术的发展，数值模拟换热器的热力性能成为流动传热研究的重要手段，通过模拟分析可以“透视”换热器内的流场和温度场。现阶段，需要新型的实验测试手段以验证仿真结果。
可视化实验测试流动传热的场分布信息是理想的验证手段。目前，国内外的研究均致力于可视化实验验证系统的开发。国外，一些学者通过采用烟流法或染料法等结合激光以及照相技术，对波纹管道内的流动情况进行了可视化实验研究，还有学者利用染料流法以及二氧化钛油膜法实现了对翅片不同排列形式的传热表面的流动情况进行了可视化研究，随着测试技术的发展，PIV技术也经常用作流动情况的测试分析。国内外的可视化实验研究更多地集中在流场测试上，因此，迫切需要建立一种新型实验系统，实现换热表面温度场分布的可视化研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有换热器流动传热过程中详细温度场分布信息获取困难的不足，提供一种换热表面温度场可视化实验系统。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
提供一种换热翅片温度场红外可视化实验装置，包括两个交汇于换热器的介质通道，介质通道中的一个与换热器的外壳相接，另一个与换热器的内管相接，该内管上设换热翅片；所述换热器的内管与介质通道是活动连接的；换热器有一处活动连接的外壳部位，该外壳部位的内壁与所述内管固定连接，且其外壁与一个快速弹簧相连；所述快速弹簧的伸缩段上方设置一个红外温度摄像仪。
作为一种改进，所述换热翅片是中空的，与内管的内部相通。
作为一种改进，所述快速弹簧设有启动开关。
作为一种改进，所述两个介质通道是冷风通道和热风通道，
作为一种改进，所述介质通道由换热器向外依次为：入口段、测量段、整流段、风门、加热器和风机；测量段上设测量孔，整流段内置整流网，风门内置流量调节阀门。
作为一种改进，所述介质通道外部包裹保温层。
作为一种改进，所述介质通道内设置过滤网。
与现有实验测试技术相比，本发明的有益效果是：
1、传统实验方法由于换热器内流道的细腻，以及换热器材料等多方面的限制，无法开展温度场可视化研究，即使设置全场多点测试，也会在很大程度上影响流动及传热状况；而本实验系统通过非接触式测量，可以实现换热翅片表面温度场的可视化测试，得到全场温度分布的详细信息。
2、与传统风洞测试相比，本实验系统便捷轻巧，便于移动；而且可以根据不同数值模拟验证需求，通过替换实验段，实现多种换热表面的可视化测试。
3、为了实现换热翅片表面的红外摄像测量，避开材料的非透明障碍，该实验系统设置有快速弹簧，其与挡板配合；在换热翅片流动传热达到平衡态时，可快速将翅片弹出至红外摄像仪下方，从而完成温度全场瞬时记录功能。
4、该实验系统可同时配置热电偶测试，以完成对红外摄像仪的标定与校验等，有助于提高测试可靠性与测试精度。
附图说明
图1为温度场红外可视化实验装置水平方向布置示意图；
图2为温度场红外可视化实验装置竖直方向布置示意图；
图3为热交换过程中换热翅片位置示意图；
图4为快速弹簧收回、换热翅片被拉出后的位置示意图。
图中附图标记为：风机1、加热器2、风门3、整流段4、测量段5、入口段6、实验段7(即换热器)、换热翅片8、快速弹簧9、红外热像仪10。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
换热翅片温度场红外可视化实验装置包括两个交汇于换热器(即实验段7)的介质通道，本实施例中，两个介质通道是冷风通道和热风通道，介质通道内可设置过滤网，外部均包裹保温层。介质通道由换热器向外依次为：入口段6、测量段5、整流段4、风门3、加热器2和风机1；测量段5上设测量孔，用于插入温度或流量测量仪；整流段4内置整流网，风门3内置流量调节阀门。风机1和加热器2可根据需要选用带档位可调的型号。
介质通道中的一个(冷风通道或热风通道)与换热器(即实验段7)的外壳相接，另一个(热风通道或冷风通道)与换热器的内管相接，该内管上设换热翅片8；所述换热器的内管与介质通道是活动连接的；换热器有一处活动连接的外壳部位，该外壳部位的内壁与前述内管固定连接，且其外壁与一个设有启动开关的快速弹簧9相连；快速弹簧9的伸缩段上方设置一个红外温度摄像仪10。
流动传热实验过程以及实验达到热平衡时的状态如图3、4所示。在热交换的流动传热实验状态时，快速弹簧9处于拉紧状态；当达到热平衡后启动快速弹簧9将换热翅片8拉出，同时由布置在换热翅片8拉出位置上方的红外温度摄像仪10进行实时记录，将换热翅片8表面的温度场分布情况摄录为热像图。红外温度摄像仪10可与控制计算机相连，便于保存及处理图象。
在实验过程中，必须对介质通道进行保温处理，同时要求实验环境尽量黑暗。在实验过程中，应该使用黑帆布将实验装置覆盖，只留出拍照部分。
本发明可采用在实验段7前后布置测温热电偶的方法对实验测量系统进行标定。
本发明中，换热翅片8可以是中空的，与内管的内部相通。
作为一种简化的处理，本发明中的换热器(即实验段7)可以采用以下的形式：冷风风道出口处分成两股，中间夹有带换热翅片的热风风道出口，在实验段构成一个风-风换热单元，即上下各一层冷通道，中间为一层热通道。
本发明的实验段为活动可调式，可以对不同形式和尺寸的翅片进行实验。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种换热翅片温度场红外可视化实验装置，包括两个交汇于换热器的介质通道，介质通道中的一个与换热器的外壳相接，另一个与换热器的内管相接，该内管上设换热翅片；其特征在于，所述换热器的内管与介质通道是活动连接的；换热器有一处活动连接的外壳部位，该外壳部位的内壁与所述内管固定连接，且其外壁与一个快速弹簧相连；所述快速弹簧的伸缩段上方设置一个红外温度摄像仪；
所述介质通道由换热器向外依次为：入口段、测量段、整流段、风门、加热器和风机；测量段上设测量孔，整流段内置整流网，风门内置流量调节阀门。
2.根据权利要求1所述的换热翅片温度场红外可视化实验装置，其特征在于，所述换热翅片是中空的，与内管的内部相通。
3.根据权利要求1所述的换热翅片温度场红外可视化实验装置，其特征在于，所述快速弹簧设有启动开关。
4.根据权利要求1至3所述的任意一种换热翅片温度场红外可视化实验装置，其特征在于，所述两个介质通道是冷风通道和热风通道，介质通道外部包裹保温层。
5.根据权利要求1至3所述的任意一种换热翅片温度场红外可视化实验装置，其特征在于，所述两个介质通道是冷风通道和热风通道，介质通道内设置过滤网。
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