CN103149237A - 一种宽雷诺数范围板翅式换热器传热与流动性能测试装置 - Google Patents

一种宽雷诺数范围板翅式换热器传热与流动性能测试装置 Download PDF

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Abstract

一种宽雷诺数范围板翅式换热器传热与流动性能测试装置，包括风洞进气段，风洞进气段和第一收缩段连接，第一收缩段和前稳定段连接，前稳定段和第一试验段连接，第一试验段和过渡段连接，过渡段和第二收缩段连接，第二收缩段通过连接件和第二试验段连接，第二试验段和排气段连接，变频风机连接在排气段的大端处，第一、第二试验段分别设置有测试模具，测试模具与风道软连接，测试模具的前后风道内都设置温度传感器和压力传感器，在空气出模具后的通道内布置流量计，传感器的信号输出和测量与控制系统连接，通过实时测量两个试验段来满足大雷诺数范围内的测试，具有测试雷诺数范围大、测量准确，操作简单等特点。

Description

一种宽雷诺数范围板翅式换热器传热与流动性能测试装置
技术领域
本发明涉及板翅式换热器技术领域，具体涉及一种宽雷诺数范围板翅式换热器传热与流动性能测试装置。
背景技术
板翅式换热器作为一种新型高效换热器，由于其结构紧凑、传热性能良好、适应性高等优点，已经被广泛应用于石油化工、天然气液化、低温法空气分离、工程机械、宇宙空间技术等行业。综合传热与制造成本，板翅式换热器与传统的管壳式换热器相比，其传热效率高20%~30%，成本可以降低50%。高效换热翅片及其传热与流动特性测试一直以来都是热力学工作者的主要研究方向之一。
翅片是板翅式换热器中最基本也是最核心的传热单元。不同型式和参数翅片所具有的雷诺数Re与传热因子j以及雷诺数Re与摩擦因子f的关系也不尽相同。即使翅片的形式和参数都相同，但是不同工厂生产的翅片，由于加工方法和制造精度不同引起的质量优劣，比如翅片的毛刺、切开、翅片的变形情况等，也会直接影响换热器的传热与流动性能，即都会引起j和f值的较大变化。目前，国内有关工厂、设计单位多沿用由日本神钢引进的平直形、锯齿形、多孔形翅片性能曲线数据进行设计。由于国产标准翅片与日本神钢的大致规格相同，该曲线只区别翅片型式，不区别每种型式的具体尺寸，所以在设计和质量控制上缺乏精准的判断。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种板翅式换热器翅片通道传热与流动性能通用测试装置，为板翅式换热器的设计加工提供技术和实验支持，为翅片的质量跟踪研究提供检测平台。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种宽雷诺数范围板翅式换热器传热与流动性能测试装置，通过双试验段串联的方式实现宽雷诺数范围内的测量，具体包括风洞进气段1，其特征在于：风洞进气段1和第一收缩段2的大端连接，第一收缩段2的小端和前稳定段3的一端连接，前稳定段3的另一端和第一试验段4的输入端连接，第一试验段4的输出端和过渡段5的一端连接，过渡段5的另一端和第二收缩段6的大端连接，第二收缩段6的小端通过连接件和第二试验段7的输入端连接，第二试验段7的输出端和排气段8的小端连接，变频风机9连接在排气段8的大端处，第一试验段4、第二试验段7分别设置有测试模具，测试模具通过可活动装置与风道软连接，测试模具的前后风道内都设置温度传感器和压力传感器，在空气出模具后的通道内布置流量计，传感器的信号输出和测量与控制系统连接，蒸汽发生系统通过控制阀门将蒸汽送入测试模具蒸汽侧通道入口，蒸汽侧通道出口由管道连接送回锅炉将冷凝后的水作为循环水使用，在测试模具前后蒸汽管道上布置压力和温度传感器，并安装流量计，传感器的信号输出和测量与控制系统连接。
所述的变频风机9为一多级离心式鼓风机，风量的控制通过变频器调节，风机进口通过膨胀节和阀门与风道出口相连接，风机出口通过消音器后放空；在低风量测试工况下通过在排气段8上侧面开调节孔的方式和风机变频组合控制风量。
本发明在测试过程中实时测量流过翅片的空气温度变化、压力变化和流量，计算得出摩擦因子、传热因子与雷诺数的关系曲线，与传统曲线进行对比，分析翅片质量的优劣；此外本装置也可以进行成品换热器的阻力测量，具有测试雷诺数范围大、测量准确，操作简单等特点。
风洞由大小两段双试验段串联组成，能比普通的风洞测量更大的雷诺数范围，在第一试验段4上能够进行低雷诺数工况下的翅片流动与传热性能测试，在第二试验段7上能够进行高雷诺数工况下的翅片流动与传热性能测试，两者组合可以涵盖较大的测试范围，对于锯齿翅片可以做到200-9000的雷诺数范围，对于打孔翅片可以做到200-13000的雷诺数范围。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参照附图，一种宽雷诺数范围板翅式换热器传热与流动性能测试装置，包括风洞进气段1，风洞进气段1和第一收缩段2的大端连接，第一收缩段2的小端和前稳定段3的一端连接，前稳定段3的另一端和第一试验段4的输入端连接，第一试验段4的输出端和过渡段5的一端连接，过渡段5的另一端和第二收缩段6的大端连接，第二收缩段6的小端通过连接件和第二试验段7的输入端连接，第二试验段7的输出端和排气段8的小端连接，变频风机9连接在排气段8的大端处，第一试验段4、第二试验段7分别设置有测试模具，测试模具通过可活动装置与风道软连接，测试模具的前后风道内都设置温度传感器和压力传感器，在空气出模具后的通道内布置流量计，传感器的信号输出和测量与控制系统连接，蒸汽发生系统通过控制阀门将蒸汽送入测试模具蒸汽侧通道入口，蒸汽侧通道出口由管道连接送回锅炉将冷凝后的水作为循环水使用，在测试模具前后蒸汽管道上布置压力和温度传感器，并安装流量计，传感器的信号输出和测量与控制系统连接。
所述的变频风机9为一多级离心式鼓风机，风量的控制通过变频器调节，风机进口通过膨胀节和阀门与风道出口相连接，风机出口通过消音器后放空；在低风量测试工况下通过在排气段（8）上侧面开调节孔的方式和风机变频组合控制风量。
本发明的工作原理为：
利用具有计算机控制和计算功能测试平台实时测量流过翅片空气的温度变化、压力变化和流量，通过大小不同的两个试验段来满足大雷诺数范围内的测试，传热因子与摩擦因子，然后得到传热因子与雷诺数之间的关系曲线。
空气由风洞进气段1进入风道，在进气段内依次经过蜂窝器和阻尼网的整流，然后通过第一收缩段2进入测试通道，当需要测量小雷诺数工况时在第一实验段进行，此时第二试验段不安装测试件，用活性连接将其前后的通道连接好就可以；空气在前稳定段3中测量进入试验件的空气温度和压力，在第一试验段4中空气被蒸汽加热，随后在过渡段5中测量其温度和压力，由此可以得到空气流经翅片时温度和压力变化情况。当需要测试较高雷诺数工况时，第一试验段不安装试验件，仅仅用活性管道将其前后连接好，空气依次经过上述通道从第二收缩段6进入第二试验段7，在其前后的稳定段中分别测量空气经过第二试验段的温度和压力变化，同时在后稳定段中安置流量测量计用以测试整个风洞的空气流量。空气之后经过排气段8进入变频风机9然后被排到大气。蒸汽回路中由锅炉产生的蒸汽按测试需要分别进入试验件，在试验件中冷凝通过水泵后回到蒸汽锅炉或者排出装置之外。
上述装置的功能在于通过大小双试验段的组合测量得到板翅式换热器翅片在一个较大雷诺数范围内的流动与传热特性，从而评价一种翅片的性能和质量。

Claims (2)

1.一种宽雷诺数范围板翅式换热器传热与流动性能测试装置，通过双试验段串联的方式实现宽雷诺数范围内的测量，具体包括风洞进气段（1），其特征在于：风洞进气段（1）和第一收缩段（2）的大端连接，第一收缩段（2）的小端和前稳定段（3）的一端连接，前稳定段（3）的另一端和第一试验段（4）的输入端连接，第一试验段（4）的输出端和过渡段（5）的一端连接，过渡段（5）的另一端和第二收缩段（6）的大端连接，第二收缩段（6）的小端通过连接件和第二试验段（7）的输入端连接，第二试验段（7）的输出端和排气段（8）的小端连接，变频风机（9）连接在排气段（8）的大端处，第一试验段（4）、第二试验段（7）分别设置有测试模具，测试模具通过可活动装置与风道软连接，测试模具的前后风道内都设置温度传感器和压力传感器，在空气出模具后的通道内布置流量计，传感器的信号输出和测量与控制系统连接，蒸汽发生系统通过控制阀门将蒸汽送入测试模具蒸汽侧通道入口，蒸汽侧通道出口由管道连接送回锅炉将冷凝后的水作为循环水使用，在测试模具前后蒸汽管道上布置压力和温度传感器，并安装流量计，传感器的信号输出和测量与控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽雷诺数范围板翅式换热器传热与流动性能测试装置，其特征在于：所述的变频风机（9）为一多级离心式鼓风机，风量的控制通过变频器调节，风机进口通过膨胀节和阀门与风道出口相连接，风机出口通过消音器后放空；在低风量测试工况下通过在排气段（8）上侧面开调节孔的方式和风机变频组合控制风量。
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