CN105510379B - 一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统 - Google Patents

一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105510379B
CN105510379B CN201510822736.1A CN201510822736A CN105510379B CN 105510379 B CN105510379 B CN 105510379B CN 201510822736 A CN201510822736 A CN 201510822736A CN 105510379 B CN105510379 B CN 105510379B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fin
unit
mounting base
temperature
temperature sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510822736.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105510379A (zh
Inventor
高红霞
余建祖
施尚
王高佐
韩永勤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
YANTAI JEREH FUNAIKE HEAT EXCHANGER EQUIPMENT Co Ltd
Beihang University
Original Assignee
YANTAI JEREH FUNAIKE HEAT EXCHANGER EQUIPMENT Co Ltd
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by YANTAI JEREH FUNAIKE HEAT EXCHANGER EQUIPMENT Co Ltd, Beihang University filed Critical YANTAI JEREH FUNAIKE HEAT EXCHANGER EQUIPMENT Co Ltd
Priority to CN201510822736.1A priority Critical patent/CN105510379B/zh
Publication of CN105510379A publication Critical patent/CN105510379A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105510379B publication Critical patent/CN105510379B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

本发明提出一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统，其包括管形的且用于容纳翅片的翅片安装座、附着在翅片安装座的外壁上且用于对翅片安装座进行恒功率加热的加热装置、用于均速地向翅片安装座的入口注入恒温的流体的流体供给装置、用于检测翅片安装座外壁上的温度的第一温度传感器、用于检测翅片安装座的入口处的流体的温度的第二温度传感器、用于检测翅片安装座的出口处的流体的温度的第三温度传感器以及用于检测流体的质量流量的流量计。采用这套系统，可以测得计算翅片的传热性能所需的参数。

Description

一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统
技术领域
本发明涉及一种试验平台，特别涉及一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统。
背景技术
目前，在车辆高端散热器中，新型高效散热翅片的设计与开发是生产商关注的重点。试验台可以进行板翅式和管带式换热器换热翅片型面的传热和阻力特性试验，为高性能换热器的设计和制造提供依据。但目前的所有试验台均无法直接测试翅片的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为如何直接测量用于计算翅片的传热性能所需的实验参数。
针对上述技术问题，本发明提供了一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统，其包括管形的且用于容纳翅片的翅片安装座、附着在翅片安装座的外壁上且用于对翅片安装座进行恒功率加热的加热装置、用于均速地向翅片安装座的入口注入恒温的流体的流体供给装置、用于检测翅片安装座外壁上的温度的第一温度传感器、用于检测翅片安装座的入口处的流体的温度的第二温度传感器、用于检测翅片安装座的出口处的流体的温度的第三温度传感器以及用于检测流体的质量流量的流量计。
在一个具体的实施例中，系统还包括用于检测翅片安装座的入口处的流体的压力的第一压力传感器、用于检测翅片安装座的出口处的流体的压力的第二压力传感器。
在一个具体的实施例中，翅片安装座包括由两块平行的金属板和设置在两块金属板之间的且相互平行的两条封条围合成的矩形管，矩形管用于容纳翅片，加热装置包括分别覆盖在翅片安装座相对的两个朝外的板面上的两块加热板，两块加热板用于同时对翅片安装座加热。
在一个具体的实施例中，加热板包括覆盖在板面上的导热基板以及平行于导热基板、垂直于流体的流动方向且沿流体的流动方向依次均匀排布在导热基板内的多根电加热棒，第一传感器位于导热基板内且紧靠翅片安装座。
在一个具体的实施例中，加热板包括依次层叠的导热板、电热膜和铅板，导热板抵接于翅片安装座，第一传感器位于导热板内且紧靠翅片安装座。
在一个具体的实施例中，加热装置还包括分别设置在加热板相对的两端的两组夹持组件，夹持组件包括分别抵接于两块加热板朝外的板面的且两端均分别延伸过加热板相对的两个侧壁的两个锁扣以及两个螺栓，其中，一个螺栓连接两个锁扣相互靠近的一端，另一个螺栓连接两个锁扣相互靠近的另一端，将两个锁扣进行预紧的。
在一个具体的实施例中，锁扣包括长条形的横板以及分别从横板的两端向靠近翅片方向延伸的限位杆，限位杆的内侧抵接于加热板的侧壁，螺栓限位杆的延伸的方向贯穿限位杆。
在一个具体的实施例中，系统还包括分别与翅片安装座的入口和出口相对接的前稳定管和后稳定管，
前稳定管和后稳定管内的通道的截面与翅片安装座内的通道的截面相同，前稳定管和后稳定管内的通道均与翅片安装座内的通道对应对齐，
第二温度传感器和第一压力传感器均安装在前稳定管靠近翅片安装座的一端，第三温度传感器和第二压力传感器均安装在后稳定管靠近翅片安装座的一端。
在一个具体的实施例中，流体供给装置包括空气压缩机，接通于空气压缩机的储气罐，储气罐接通于前稳定管。
在一个具体的实施例中，流体供给装置还包括依次串接在储气罐与前稳定管之间的圆方变形管、收缩管，流量计设置在储气罐与圆方变形管之间，圆方变形管的通道的截面沿流体的流向由圆形平滑过渡到正方形，收缩管内的通道的截面沿流体的流向由正方形平滑过渡到与前稳定管内的通道的截面形状一致。
在一个具体的实施例中，流体供给装置包括入口接通于后稳定管的出口的低温恒温循环器、入口接通于低温恒温循环器的出口的过滤器以及入口接通于过滤器的出口且出口接通于前稳定管的入口的泵，后稳定管的出口接通于低温恒温循环器的入口，
流量计设置在泵与前稳定管之间，低温恒温循环器用于将输入其中的流体修正到预设的温度输出。
在一个具体的实施例中，系统还包括均连接于第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和流量计的控制装置，控制装置用于当系统达到热平衡后，获取第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和流量计的读数，
当流体为液体时，控制装置采用以下算式计算液体流过翅片时的努谢特数：
Nul为液体流过翅片时的努谢特数；
de为翅片安装座内的翅片的流道的当量直径，单位为m；
Aeff为翅片有效换热面积，单位为m2；
λl为液体的导热系数，单位为w/(m·k)；
cp为液体的比热容，单位为J/(kg·℃)；
m为液体的质量流量，kg/s；
tcu为第一温度传感器所测得的温度的平均值，单位为℃；
tin为第二温度传感器所测得的温度值，单位为℃；
tout为第三温度传感器所测得的温度值，单位为℃；
δcu为导热板的厚度，单位为m；
λcu为导热板的导热系数，单位为w/(m·k)；
Acu为导热板的换热面积，单位为m2
δal为金属板的厚度，单位为m；
λal为金属板的导热系数，单位为w/(m·k)；
Aal为金属板的换热面积，单位为m2；
当流体为气体时，控制装置采用以下算式计算传热因子：
式中，ja为气体流过翅片时的传热因子；
μa为气体动力粘滞系数，单位为Pa·s；
Ac为翅片的横截面的流通面积，单位为m2；
λa为气体的导热系数，单位为w/(m·k)；
Aeff为翅片有效换热面积，单位为m2；
Pra为气体的普朗特数；
cp为气体的比热容，单位为J/(kg·℃)；
m为气体的质量流量，kg/s；
tcu为第一温度传感器所测得的温度的平均值，单位为℃；
tin为第二温度传感器所测得的温度值，单位为℃；
tout为第三温度传感器所测得的温度值，单位为℃；
δcu为导热板的厚度，单位为m；
λcu为导热板的导热系数，单位为w/(m·k)；
Acu为导热板的换热面积，单位为m2
δal为金属板的厚度，单位为m；
λal为金属板的导热系数，单位为w/(m·k)；
Aal为金属板的换热面积，单位为m2。
采用本系统对翅片进行测试时，先采用流体供给装置向翅片安装座内注入温度恒定且流速恒定的流体，同时采用加热装置对翅片安装座相对的两板面进行恒功率加热。待各个传感器的所测量的数据稳定后，测量第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和流量计所测得的读数，翅片本身的结构参数、翅片安装座的结构参数以及流体的特性参数结合这些数据可计算出用来表示流体流过该翅片的传热特性的努谢特数(或传热因子)。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明的实施例1中的用于测试换热器的翅片的传热性能的系统的主视示意图；
图2为图1中的系统的俯视示意图；
图3为图1中的翅片安装座的侧视全剖示意图；
图4为图3中的翅片安装座的俯视全剖示意图；
图5为图1中的加热装置的主视示意图；
图6为图5中的加热装置的俯视示意图；
图7为图5中的锁扣的全剖示意图；
图8为图1中的圆方变形管的侧视示意图；
图9为图1中的收缩管的主视局部剖视示意图；
图10为图1中的收缩管的俯视局部剖视示意图；
图11为本发明的实施例2中的用于测试换热器的翅片的传热性能的系统的俯视示意图；
图12为图11中的圆扁变形管的主视局部剖视示意图；
图13为图12中的圆扁变形管的俯视局部剖视示意图；
图14为本发明的一个实施例中的加热装置的主视示意图；
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
图1和图2显示了本发明的第一种实施方式中的用于测试换热器的翅片的传热性能的系统1的结构。该系统包括流体供给装置、翅片安装座11、加热装置30和测量组件。
流体供给装置包括空气压缩机2、储气罐3和调节阀5。空气压缩机2的出口通过管路接通于储气罐3的入口。调节阀5设置在储气罐3的出口，该调节阀5可以是手动调节阀5。空气压缩机2用于压缩气体，并将压缩气体注入到储气罐3中。储气罐3通过管路接通于翅片安装座11，并用于对翅片安装座11提供气源。储气罐3用于稳定系统压力，减少因空压机造成的压力波动以提供稳定气源。储气罐3输入到翅片安装座11中的气流的流速相对较稳定，这有利于提高在试验阶段对气体压力测量的精确度。调节阀5用于调节储气罐3输出的气流的流速。优选地，储气罐3的出口处还设置有闸阀4，该闸阀4用于控制整个系统的快速开闭。
如图3和图4所示，翅片安装座11构造成直条状的矩形管。翅片安装座11的横截面为长方形的框架。翅片安装座11内的通道的横截面为长方形结构。翅片安装座11包括两块金属板112和两条杆状的封条113。两条封条113设置在两块金属板112之间，两条封条113相互平行。金属板112优选为铝板或铝合金板。每根封条113的相对的两侧分别抵接于金属板112，封条113和金属板112密封连接以使得封条113和金属板112围合成方管状结构。封条113与金属板112之间的固定连接优选采用真空钎焊进行焊接。翅片111构造成大致的矩形板结构，在进行试验时，翅片设置在翅片安装座11内，翅片111的两个板面分别抵接于两块金属板112，翅片111的两侧面分别抵接于封条113。优选地，金属板112与翅片111相抵接的表面上还设置有焊料层，该焊料层用于将金属板112与翅片111、金属板112与封条113钎焊在一起。金属板112与翅片111、金属板112与封条113之间优选采用真空钎焊进行焊接。这样，在将翅片安装座11与翅片111相对固定在一起的同时还能减少翅片111与翅片安装座11之间接触热阻，并且密封翅片111内的流体流动通道。翅片安装座11的四面内壁均抵接于翅片111。这样，该系统特别适用于对板翅式换热器和管带式换热器的翅片111进行试验。
如图5和图6所示，加热装置30包括两块加热板31和夹持组件103。两块加热板31相互平行。两块加热板31分别覆盖在翅片安装座11的两个相对的板面上。加热板31用于对翅片安装座11的进行均匀的恒功率加热。在翅片安装座11与加热板31之间填充增强导热脂，可降低翅片安装座11与加热板31之间的接触热阻，加热板31对翅片安装座11均匀加热。增强导热脂可以由银粉和导热脂混合而成，其导热系数可达4.5W/(m·K)。在本实施例中，加热板31包括依次层叠的导热板34、电热膜33和铅板32。导热板34抵接于翅片111。铅板32用于保护电热膜33并减少热量损失，同时还作为加热板31的底衬支撑起附着在其上的电热膜33。这种加热装置的结构较小，重量轻。
夹持组件103用于对两块加热板31进行预紧以使得两块加热板31夹紧翅片安装座11。这样有利于减小加热板31与翅片安装座11之间的间隙，降低两者间的接触热阻。在本实施例中，夹持组件103设置有两组，分别设置在加热板31的两端。夹持组件103包括两个锁扣104和两个螺栓105。锁扣104为大致的长条结构。两个锁扣104分别抵接于两个加热板31朝外的板面。每个锁扣104的两端分别延伸过加热板31相对两个侧壁。螺栓105将两个锁扣104相互靠近的两端连接起来，并将这两端拉紧。优选地，如图7所示，锁扣104包括长条形的横板106以及分别从横板106的两端向靠近翅片111方向延伸的限位杆107，限位杆107的内侧抵接于加热板31的侧壁，螺栓105沿限位杆107的延伸的方向贯穿限位杆107。这样，锁扣104箍在加热板31上，能更牢固地将加热板31固定在翅片安装座11上，同时也更方便拆装加热板31。更优选地，在加热装置30的外侧覆盖保温层，以避免热量流失。更优选地，锁扣104由电工胶木制成，这样锁扣104具有良好的绝缘性能和隔热性能，操作锁扣104更安全。
翅片安装座11的一端接通于储气罐3的出口，这一端即为翅片安装座11的入口端，其相对的另一端为翅片安装座11的出口端。在进行测试时，储气罐3向翅片安装座11的入口注入恒温且恒流速的气流。
测量组件包括设置在加热板31内紧靠翅片安装座11的外壁的第一温度传感器17、设置在储气罐3与翅片安装座11之间的流量计6、均设置在翅片安装座11的入口处的第二温度传感器14和第一压力传感器13以及均设置在翅片安装座11的出口处的第二压力传感器16和第三温度传感器15。流量计6用于测量气流的质量流量。流量计6优选为科氏质量流量计。第一温度传感器17位于导热板34内且紧靠翅片安装座11。第一温度传感器17用于检测翅片安装座11外壁上的温度。优选地，第一温度传感器17设置有多个，多个第一温度传感器17沿流体的流动方向依次排布。第二温度传感器14用于检测翅片安装座11的入口处的气体的温度值。第三温度传感器15用于检测翅片安装座11的出口处的气体的温度值。第一压力传感器13用于检测翅片安装座11的入口处的气体的压力值。第二压力传感器16用于检测翅片安装座11的出口处的气体的压力值。
采用本系统对翅片111进行测试时，先采用流体供给装置向翅片安装座11内注入温度恒定且流速恒定的气流，同时采用加热装置30对翅片安装座11相对的两板面进行恒功率加热。待各个传感器的所测量的数据稳定后，测量第一温度传感器17、第二温度传感器14、第三温度传感器15、第一压力传感器13、第二压力传感器16和流量计6所测得的数据，根据这些数据再结合翅片安装座的结构参数、翅片的结构参数和气体的特性参数可计算出分别用来表示气体流过该翅片111的传热特性和阻力特性的传热因子和阻力因子。
优选地，流体供给装置还包括圆方变形管7、收缩管8、前稳定管9和后稳定管12。圆方变形管7、收缩管8和前稳定管9依次串接在一起。圆方变形管7的上游端通过流量计6接通于储气罐3的出口。前稳定管9的末端连接于翅片安装座11的入口。后稳定管12的前端连接翅片安装座11的出口。前稳定管9和后稳定管12均为直管。前稳定管9和后稳定管12内的通道的截面均与翅片安装座11内的通道的横截面均为长方形。第二温度传感器14和第一压力传感器13均安装在前稳定管9的末端，第三温度传感器15和第二压力传感器16均安装在后稳定管12的前端。如图8所示，圆方变形管7内的通道的截面沿气体的流向由圆形平滑过渡到正方形。如图9和图10所示，收缩管8内的通道的截面沿流体的流向由正方形平滑过渡到与前稳定管9的通道的横截面相同的形状。流量计6设置在储气罐3与圆方变形管7之间。
从储气罐3中输出的气流进入到圆方变形段之后，截面为圆柱形的气流能平稳定地转变成截面为正方形的气流，极大地减少了通道截面变化时气流所产生的紊流。该气流进入到收缩管8内后，气流在收缩管8内逐渐被展平，以适应下游管路中的扁平的通道。前稳定管9和后稳定管12设置得足够长。气流进入到前稳定管9内后，在前稳定管9内进行调整，使得气流逐渐形成层流，从而提升进入到翅片安装座11内的气体品质，同时，由于第二温度传感器14和第一压力传感器13均设置在前稳定管9的末端，这样就提升了第二温度传感器14和第一压力传感器13的测量精度。第三温度传感器15和第二压力传感器16均设置在后稳定管12的前端，又由于后稳定管12与前稳定管9的结构一致，第三温度传感器15和第二压力传感器16的测量条件与第二温度传感器14和第一压力传感器13的测量条件一致，这样能使得第二温度传感器14和第三温度传感器15的测量结果具有可比性，第一压力传感器13和第二压力传感器16的测量结果具有可比性，避免外界条件变化带来的测量误差。
优选地，第一温度传感器17设置有多个，每两个第一温度传感器17分别对称地设置在两块加热板31内。例如，第一温度传感器17设置有十个，其中的五个设置在一块加热板31内，另外的五个设置在另一块加热板31内。每一块加热板31内的每一个第一温度传感器17都有另一块加热板31内的一个第一温度传感器17与之相对齐。这样第一温度传感器17所测量的结果更准确。更优选地，第一温度传感器17为Pt100铂电阻。采用Pt100铂电阻所测量到的结果精度更高。
优选地，系统1还包括控制装置。将翅片安装到翅片安装座内，采用流体供给装置均速地且恒温地向翅片安装座内注入气体，采用加热装置对翅片安装座外壁均匀地恒功率加热。当系统达到热平衡后，控制装置读取第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和流量计的读数，然后依照下列两个算式分别计算气体流过翅片111时的传热因子和阻力因子。
控制装置采用以下算式计算传热因子：
式中，ja为气体流过翅片时的传热因子，为无量纲；
μa为气体动力粘滞系数，单位为Pa·s；
Ac为翅片111的横截面的流通面积，单位为m2；
λa为气体的导热系数，单位为w/(m·k)；
Aeff为翅片111的有效换热面积，单位为m2；
Pra为气体的普朗特数；
cp为气体的比热容，单位为J/(kg·℃)；
m为气体的质量流量，kg/s；
tcu为第一温度传感器17所测得的温度的平均值，单位为℃；
tin为第二温度传感器14所测得的温度值，单位为℃；
tout为第三温度传感器15所测得的温度值，单位为℃；
δcu为导热板34的厚度，单位为m；
λcu为导热板34的导热系数，单位为w/(m·k)；
Acu为导热板34的换热面积，单位为m2
δal为金属板112的厚度，单位为m；
λal为金属板112的导热系数，单位为w/(m·k)；
Aal为金属板112的换热面积，单位为m2。
采用以下算式计算阻力因子：
式中，
f1为气体流过翅片时的阻力因子，为无量纲；
de为翅片安装座11内的翅片111的流道的当量直径，单位为m；
pin为第一压力传感器13所测得的压强，单位为Pa；
pout为第二压力传感器16所测得的压强，单位为Pa；
ρm为气体在翅片安装座内流动过程中的平均密度(根据气体的气压、温度和气体的种类可以计算出气体的密度，翅片安装座的入口处的气体密度与翅片安装座的出口处的气体密度的算术平均值即为ρm)，单位为kg/m3；
Ac为翅片111的横截面的流通面积，单位为m2；
L为翅片在气体流动方向上的长度，单位为m；
m为气体的质量流量，单位为kg/s。
上述算式中的参数，本领域的技术人员均可通过直接测量获得、查技术手册获得或采用现有的实验方法或计算方法获得，在此不再赘述。
实施例2
图11显示了本发明的第二种实施方式中的用于测试换热器的翅片的传热性能的系统20的结构。本系统20包括该系统包括流体供给装置、翅片安装座11、加热装置30和测量组件。本实施例中的系统与实施例1中的系统区别在于流体供给装置不同。为简明起见，下面着重介绍实施例2中的流体供给装置。
流体供给装置包括低温恒温循环器21、过滤器22和泵23。低温恒温循环器21用于将输入其中的液体修正到预设的温度输出。低温恒温循环器21的出口通过管路接通于过滤器22的入口。过滤器22的出口通过管路接通于泵23的入口。泵23的出口通过管路接通于翅片安装座11的入口。翅片安装座11的出口接通于低温恒温循环器21的入口。
该流体供给装置能向翅片安装座11内中提供流速恒定、温度恒定的液体，并且能循环利用系统内的液体。该液体例如可以是油类。具体地，泵23对系统内的液体进行加压，液体从泵23的出口流出而被泵23入到翅片安装座11内。液体流出翅片安装座11后，被低温恒温循环器21将其温度修正到预设温度，然后再经过滤器22过滤而再次进入到泵23内被循环利用。泵23优选为多级泵。
测量组件包括设置在加热板101内紧靠翅片安装座11的外壁的第一温度传感器17、设置在翅片安装座11的入口上的流量计26、均设置在翅片安装座11的入口处的第二温度传感器14和第一压力传感器13以及均设置在翅片安装座11的出口处的第二压力传感器16和第三温度传感器15。流量计26用于测量液体的质量流量。流量计26优选为科氏流量计，采用科式流量计测量液体质量流量时，其精确度可达±0.2％。第一温度传感器17用于检测翅片安装座11外壁上的温度。第二温度传感器14用于检测翅片安装座11的入口处的液体的温度值。第三温度传感器15用于检测翅片安装座11的出口处的液体的温度值。第一压力传感器13用于检测翅片安装座11的入口处的液体的压力值。第二压力传感器16用于检测翅片安装座11的出口处的液体的压力值。
采用本系统20对翅片111进行测试时，先采用流体供给装置向翅片安装座11内注入温度恒定且流速恒定的液体，同时采用加热装置30对翅片安装座11相对的两板面进行恒功率加热。待各个传感器的所测量的数据稳定后，测量第一温度传感器17、第二温度传感器14、第三温度传感器15、第一压力传感器13、第二压力传感器16和流量计26所测得的数据，根据这些数据再结合翅片安装座的结构参数、翅片的结构参数和液体的特性参数可计算出分别用来表示液体流过该翅片111的传热特性和阻力特性的努谢特数和阻力因子。
优选地，流体供给装置还包括设置在泵23的出口处的安全阀24，该安全阀24的出口连通于低温恒温循环器21的入口。当泵23的出口处的压力超过安全阀24的开启压力时，安全阀24打开泄压，防止系统超压。
优选地，流体供给装置还包括第一旁通阀25，第一旁通阀25的两端分别接通于泵23的出口和低温恒温循环器21的入口。调整第一旁通阀25的开度能调节输入翅片安装座11内的液体的流速。
优选地，流体供给装置还包括圆扁变形管27、前稳定管9和后稳定管12。圆扁变形管27和前稳定管9依次串接在一起。圆扁变形管27的上游端接通于泵23的出口。前稳定管9和后稳定管12均为直管。前稳定管9和后稳定管12内的通道的截面均与翅片安装座11内的通道的横截面均为长方形。前稳定管9的末端连接于翅片安装座11的入口。后稳定管12的前端连接翅片安装座11的出口。第二温度传感器14和第一压力传感器13均安装在前稳定管9的末端，第三温度传感器15和第二压力传感器16均安装在后稳定管12的前端。如图12和图13所示，圆扁变形管27内的通道的截面沿液体的流向由圆形平滑过渡到与前稳定管9的通道的横截面相同的形状。流量计26设置在泵23与圆方变形管7之间。
从泵23中输出的液体进入到圆扁变形管27之后，横截面为圆柱形的液体流动能平稳定地转变成横截面为长方形的液体流动，有效地减少了液体在通道截面变化时所产生的紊流。前稳定管9和后稳定管12设置得足够长。液体进入到前稳定管9内后，在前稳定管9内进行调整，使得液体在前稳定管9内逐渐形成流速均匀稳定的层流，从而提升进入到翅片安装座11内的流体的品质，同时，由于第二温度传感器14和第一压力传感器13均设置在前稳定管9的末端，也同时提升了第二温度传感器14和第一压力传感器13的测量精度。第三温度传感器15和第二压力传感器16均设置在后稳定管12的前端，又由于后稳定管12与前稳定管9的结构一致，第三温度传感器15和第二压力传感器16的测量条件与第二温度传感器14和第一压力传感器13的测量环境条件一致，这样能使得第二温度传感器14和第三温度传感器15的测量结果具有可比性，第一压力传感器13和第二压力传感器16的测量结果具有可比性，避免外界条件变化带来的测量误差。
优选地，系统2还包括控制装置。将翅片安装到翅片安装座内，采用流体供给装置均速地且恒温地向翅片安装座内注入液体，采用加热装置对翅片安装座外壁均匀地恒功率加热。当系统达到热平衡后，控制装置读取第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和流量计的读数，然后依照下列两个算式分别计算液体流过翅片111时的努谢特数和阻力因子。
采用以下算式计算液体流过翅片时的努谢特数：
Nul为液体流过翅片时的努谢特数；
de为翅片安装座11内的流道的当量直径，单位为m；
Aeff为翅片111有效换热面积，单位为m2；
λl为液体的导热系数，单位为w/(m·k)；
cp为液体的比热容，单位为J/(kg·℃)；
m为液体的质量流量，kg/s；
tcu为第一温度传感器13所测得的温度的平均值，单位为℃；
tin为第二温度传感器14所测得的温度值，单位为℃；
tout为第三温度传感器15所测得的温度值，单位为℃；
δcu为导热板34的厚度，单位为m；
λcu为导热板34的导热系数，单位为w/(m·k)；
Acu为导热板34的换热面积，单位为m2；
δal为金属板112的厚度，单位为m；
λal为金属板112的导热系数，单位为w/(m·k)；
Aal为金属板112的换热面积，单位为m2。
式中，
f2为液体流过翅片时的阻力因子，为无量纲；
de为翅片安装座11内的翅片111的流道的当量直径，单位为m；
pin为第一压力传感器13所测得的压强，单位为Pa；
pout为第二压力传感器16所测得的压强，单位为Pa；
ρm为液体在翅片安装座内流动过程中的平均密度(根据液体的气压、温度和液体的种类可以计算出液体的密度，翅片安装座的入口处的液体密度与翅片安装座的出口处的液体密度的算术平均值即为ρm)，单位为kg/m3；
Ac为翅片111的流通面积，单位为m2；
L为翅片111在液体流动方向上的长度，单位为m；
m为液体的质量流量，kg/s。
上述算式中的参数，本领域的技术人员均可通过直接测量获得、查技术手册获得或采用现有的实验方法或计算方法获得，在此不再赘述。
在一个优选的实施例中，如图14所示，系统采用另一种加热装置10。该加热装置10与实施例1中的加热装置30的区别仅在于加热板的结构不同。在本实施例中，加热板101包括导热基板108和多根电加热棒102。导热基板108覆盖在翅片安装座11的板面上。导热基板108上设置有多个用于安装电加热棒102的安装孔。电加热棒102插入到安装孔中，并且电加热棒102平行于导热基板108，垂直于气体的流动方向。多根电加热棒102沿气体的流动方向依次均匀排布在导热基板108内。采用这种结构的加热板101能使得加热板101与翅片安装座11之间的界面上的热流分布更均匀，加热板101对翅片安装座11的加热更均匀。导热基板108优选为铜板。进一步地，在电加热棒102与导热基板108之间填充导热脂，可降低导热基板108与电加热棒102之间的热阻。在所有电加热棒102的总加热功率达到2000W时，加热板31表面的热流密度可达10W/cm2。
在一个优选的实施例中，加热装置10或30还包括可控加热转换装置。可控加热转换装置用于供给电加热棒102或电热膜电流以控制加热板101或电热膜33的功率。加热板101上的热量由可控功率转换器控制，可以控制在加热板101的壁面上提供一个规定的等热流边界条件。加热装置10的加热功率由功率传感器测量，额定准确度为±5W。
在一个优选的实施例中，第一压力传感器13和第二压力传感器16的传感元件为溅射薄膜，精度为±0.5％FS。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统，其特征在于，包括管形的且用于容纳所述翅片的翅片安装座、附着在所述翅片安装座的外壁上且用于对所述翅片安装座进行恒功率加热的加热装置、用于均速地向所述翅片安装座的入口注入恒温的流体的流体供给装置、用于检测所述翅片安装座外壁上的温度的第一温度传感器、用于检测所述翅片安装座的入口处的流体的温度的第二温度传感器、用于检测所述翅片安装座的出口处的流体的温度的第三温度传感器以及用于检测所述流体的质量流量的流量计，
所述翅片安装座包括由两块平行的金属板和设置在两块金属板之间的且相互平行的两条封条围合成的矩形管，所述矩形管用于容纳所述翅片，
所述加热装置包括分别覆盖在所述翅片安装座相对的两个朝外的板面上的两块加热板，两块所述加热板用于同时对所述翅片安装座加热，
所述加热板包括依次层叠的导热板、电热膜和铅板，所述导热板抵接于所述翅片安装座，多个所述第一温度传感器位于所述导热板内且紧靠所述翅片安装座，
所述系统还包括均连接于所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述流量计的控制装置，
所述控制装置用于当所述系统达到热平衡后，获取所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述流量计的读数，
当所述流体为液体时，所述控制装置采用以下算式计算液体流过翅片时的努谢特数：
Nul为液体流过翅片时的努谢特数；
de为翅片安装座内的翅片的流道的当量直径，单位为m；
Aeff为翅片有效换热面积，单位为m2；
λl为液体的导热系数，单位为w/(m·k)；
cp为液体的比热容，单位为J/(kg·℃)；
m为液体的质量流量，kg/s；
tcu为第一温度传感器所测得的温度的平均值，单位为℃；
tin为第二温度传感器所测得的温度值，单位为℃；
tout为第三温度传感器所测得的温度值，单位为℃；
δcu为导热板的厚度，单位为m；
λcu为导热板的导热系数，单位为w/(m·k)；
Acu为导热板的换热面积，单位为m2；
δal为金属板的厚度，单位为m；
λal为金属板的导热系数，单位为w/(m·k)；
Aal为金属板的换热面积，单位为m2；
当所述流体为气体时，所述控制装置采用以下算式计算传热因子：
式中，ja为气体流过翅片时的传热因子；
μa为气体动力粘滞系数，单位为Pa·s；
Ac为翅片的横截面的流通面积，单位为m2；
λa为气体的导热系数，单位为w/(m·k)；
Aeff为翅片有效换热面积，单位为m2；
Pra为气体的普朗特数；
cp为气体的比热容，单位为J/(kg·℃)；
m为气体的质量流量，kg/s；
tcu为第一温度传感器所测得的温度的平均值，单位为℃；
tin为第二温度传感器所测得的温度值，单位为℃；
tout为第三温度传感器所测得的温度值，单位为℃；
δcu为导热板的厚度，单位为m；
λcu为导热板的导热系数，单位为w/(m·k)；
Acu为导热板的换热面积，单位为m2；
δal为金属板的厚度，单位为m；
λal为金属板的导热系数，单位为w/(m·k)；
Aal为金属板的换热面积，单位为m2。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于检测所述翅片安装座的入口处的流体的压力的第一压力传感器、用于检测所述翅片安装座的出口处的流体的压力的第二压力传感器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括分别与所述翅片安装座的入口和出口相对接的前稳定管和后稳定管，
所述前稳定管和所述后稳定管内的通道的截面与所述翅片安装座内的通道的截面相同，所述前稳定管和所述后稳定管内的通道均与所述翅片安装座内的通道对应对齐，
所述第二温度传感器和所述第一压力传感器均安装在所述前稳定管靠近所述翅片安装座的一端，所述第三温度传感器和所述第二压力传感器均安装在所述后稳定管靠近所述翅片安装座的一端。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述流体供给装置包括空气压缩机以及接通于所述空气压缩机的储气罐，所述储气罐接通于所述前稳定管。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述流体供给装置还包括依次串接在储气罐与前稳定管之间的圆方变形管、收缩管，所述流量计设置在所述储气罐与圆方变形管之间，
圆方变形管的通道的截面沿流体的流向由圆形平滑过渡到正方形，收缩管内的通道的横截面沿流体的流向由正方形平滑过渡到与所述前稳定管内的通道的横截面形状一致。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述流体供给装置包括入口接通于所述后稳定管的出口的低温恒温循环器、入口接通于所述低温恒温循环器的出口的过滤器以及入口接通于所述过滤器的出口且出口接通于所述前稳定管的入口的泵，所述后稳定管的出口接通于所述低温恒温循环器的入口，
所述流量计设置在所述泵与所述前稳定管之间，所述低温恒温循环器用于将输入其中的流体修正到预设的温度输出。
CN201510822736.1A 2015-11-24 2015-11-24 一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统 Active CN105510379B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510822736.1A CN105510379B (zh) 2015-11-24 2015-11-24 一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510822736.1A CN105510379B (zh) 2015-11-24 2015-11-24 一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105510379A CN105510379A (zh) 2016-04-20
CN105510379B true CN105510379B (zh) 2018-07-06

Family

ID=55718512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510822736.1A Active CN105510379B (zh) 2015-11-24 2015-11-24 一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105510379B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107247068B (zh) * 2017-06-02 2020-04-24 中国科学院合肥物质科学研究院 铝制板翅式换热器性能测试用的芯体装置
CN107255652B (zh) * 2017-06-02 2020-06-23 中国科学院合肥物质科学研究院 低温下测试大雷诺数范围内的换热器性能试验装置
CN107643316B (zh) * 2017-09-14 2019-09-17 中南大学 一种快速凝固传热性能综合测试装置和测试方法
CN109238360A (zh) * 2018-09-18 2019-01-18 苏州道捷电子科技有限公司 一种汽车散热器检测装置
CN109342495A (zh) * 2018-11-29 2019-02-15 内蒙古科技大学 一种太阳能测定液体导热系数实验仪及其测量方法
CN110567674A (zh) * 2019-07-05 2019-12-13 杭州电子科技大学 板翅式换热器翅片流动阻力特性测试装置及其测试方法
CN112666215A (zh) * 2021-01-12 2021-04-16 河北科技大学 熔盐空气换热性能测试装置

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1888885A (zh) * 2006-07-20 2007-01-03 上海交通大学 基于换热器翅片单元的性能试验装置
CN1987440A (zh) * 2006-12-19 2007-06-27 上海理工大学 多项热工综合性能测试实验的组合方法
CN201034833Y (zh) * 2007-04-03 2008-03-12 上海理工大学 气-气换热器传热性能试验系统
CN101526419A (zh) * 2009-04-09 2009-09-09 杭州杭氧股份有限公司 板翅式换热器翅片流动特性测试方法及装置
WO2009136726A2 (en) * 2008-05-07 2009-11-12 Korea Bundy Co., Ltd. Heat exchange system
JP4681528B2 (ja) * 2006-09-29 2011-05-11 三菱重工業株式会社 熱交換器のヘッダ構造
CN102135511A (zh) * 2010-12-29 2011-07-27 浙江银轮机械股份有限公司 一种板翅式换热器翅片表面传热性能的测试方法及装置
CN202024973U (zh) * 2011-01-11 2011-11-02 合肥通用机械研究院 风道式换热设备热工性能检测装置
CN102331439A (zh) * 2011-09-29 2012-01-25 王加龙 冷却器散热性能试验装置
CN102788812A (zh) * 2012-08-07 2012-11-21 深圳供电局有限公司 一种高压开关柜内母排复合换热表面传热系数的测量系统
CN103149237A (zh) * 2013-02-18 2013-06-12 西安交通大学 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

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015118012A (ja) * 2013-12-18 2015-06-25 一般財団法人建材試験センター 試験体の比熱測定装置と比熱測定方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1888885A (zh) * 2006-07-20 2007-01-03 上海交通大学 基于换热器翅片单元的性能试验装置
JP4681528B2 (ja) * 2006-09-29 2011-05-11 三菱重工業株式会社 熱交換器のヘッダ構造
CN1987440A (zh) * 2006-12-19 2007-06-27 上海理工大学 多项热工综合性能测试实验的组合方法
CN201034833Y (zh) * 2007-04-03 2008-03-12 上海理工大学 气-气换热器传热性能试验系统
WO2009136726A2 (en) * 2008-05-07 2009-11-12 Korea Bundy Co., Ltd. Heat exchange system
CN101526419A (zh) * 2009-04-09 2009-09-09 杭州杭氧股份有限公司 板翅式换热器翅片流动特性测试方法及装置
CN102135511A (zh) * 2010-12-29 2011-07-27 浙江银轮机械股份有限公司 一种板翅式换热器翅片表面传热性能的测试方法及装置
CN202024973U (zh) * 2011-01-11 2011-11-02 合肥通用机械研究院 风道式换热设备热工性能检测装置
CN102331439A (zh) * 2011-09-29 2012-01-25 王加龙 冷却器散热性能试验装置
CN102788812A (zh) * 2012-08-07 2012-11-21 深圳供电局有限公司 一种高压开关柜内母排复合换热表面传热系数的测量系统
CN103149237A (zh) * 2013-02-18 2013-06-12 西安交通大学 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

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
板翅式换热器翅片表面性能的试验研究;杨杰辉 等;《制冷学报》;19840630(第2期);参见第2页第二节以及图1 *
高温小型回热器传热和阻力性能研究;包春凤;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20140915(第9期);参见第11页第2.3.1节，第14页第2.4.2节以及图2.1图2.2 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105510379A (zh) 2016-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105510379B (zh) 一种用于测试换热器的翅片的传热性能的系统
Choo et al. Comparison of thermal characteristics of confined and unconfined impinging jets
Ma et al. Experimental studies on single-phase flow and heat transfer in a narrow rectangular channel
CN201926635U (zh) 一种结合面接触热阻测量装置
CN104181195B (zh) 一种基于稳态法的导热系数测量装置
CN107389299B (zh) 评估微小尺度管道内流动转捩点的装置及方法
CN208187683U (zh) 超临界二氧化碳可视化测量试验台架
Wang et al. Forced convection heat transfer and flow characteristics in laminar to turbulent transition region in rectangular channel
Hoa et al. Investigations of pulsed heat loads on a forced flow supercritical helium loop–Part A: Experimental set up
CN102768224B (zh) 正反双向热流法测固-固接触热阻的测试方法
Agostini et al. Liquid flow friction factor and heat transfer coefficient in small channels: an experimental investigation
CN110320230A (zh) 一种微重力流动沸腾临界热流密度的地面模拟实验装置及方法
CN106370693B (zh) 一种湍流混合对流传热实验装置
Liang et al. Experimental investigation on flow and heat transfer characteristics of single-phase flow with simulated neutronic feedback in narrow rectangular channel
Vitovsky et al. Heat transfer in a flow of gas mixture with low Prandtl number in triangular channels
CN206208811U (zh) 一种金属导热系数测量装置
Witte The GEOTHEX geothermal heat exchanger, characterisation of a novel high efficiency heat exchanger design
Hapke et al. Flow boiling of water and n-heptane in micro channels
CN208902638U (zh) 自然对流换热试验设备
CN206671235U (zh) 一种测量高温流动液体比热容的测量装置
CN115031922B (zh) 一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段
Rizzolo et al. Thermo fluid dynamics tests on the single channel prototypes for the SPIDER grids
Maskalunas et al. High-temperature thermal properties of particles in consideration for thermal storage in concentrated solar power systems
Jajja et al. Experimental investigation of supercritical carbon dioxide in horizontal micro pin arrays with non-uniform heat flux boundary conditions
CN105136342A (zh) 微温差条件下提高换热器换热量测量精度的系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant