CN106501306B - 一种传热管可换式传热实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传热管可换式传热实验装置，该装置包括：传热管上端连接有上管箱，上管箱上端螺纹连接有法兰盘、法兰盘通过螺栓紧固于内套管端面；传热管下端连接的下管箱，下管箱上端螺纹连接有法兰盘、法兰盘通过螺栓紧固于外套管端面；传热管与管箱之间设置有密封圈；内套管外套有外套管，内、外套管间设置有密封圈。与现有技术相比，本发明通过更换管箱、伸长外套管，可完成传热管不同直径、不同长度、不同类型、不同介质、不同布管方式、单管传热实验、多管传热实验等多工况传热管实验，实现降低实验成本、简化实验装置的目的。

Description

一种传热管可换式传热实验装置
技术领域
本发明涉及传热管的传热系数实验测量装置，尤其涉及一种传热管可换式传热实验装置。
背景技术
传热是一种非常普遍的自然现象，是动力、核能、电子、交通、制冷、化工、石油、航空航天等工业中的常见过程。而换热器在上述各工业中占据关键地位，换热器不仅是保证整个工程设备正常运转的不可缺少部件，而且在金属消耗、动力消耗和资本投资等方面，都在整个工程中占有重要份额，以电厂为例，如果将锅炉也作为换热设备，则换热器的资本投资约占电厂总投资的70%；在石油化工中，换热器的投资在总投资的50%；此外，由于世界上煤、石油、天然气等资源日益减小，提高换热器能源利用率，减少能源浪费也势在必行，此可见，换热器的合理设计对于节约资源、材料、能约和空间而言是十分重要的。
而开发高性能换热器最主要方法的就是采用强化传热技术。强化传热技术就是力求换热器在单位时间内、单位面积上传递的热量更多，其主要措施就是采用各种强化型高效传热管，如螺旋槽纹管、横纹管、波纹管、缩放管、翅片管，以及各种管内插入物等。通过强化高效传热管替代原来的普通光管，则即可节约金属管材、降低设备费用，又可显著提高热能利用率，降低能耗。
目前开发高效强化管的方法有，解析法、有限元法、实验法。解析法需求解微分或积分方程，难以得到解析解从而使用较少；有限元法为开发高效管提供了有效手段，然而，有限元分析结果必须通过实验对其进行验证，验证后的结果才能应用于工程；因此，实验研究法一直是开发高效强化管最为有效、最为常用、也是最为可靠的研究方法。
传热实验装备是采用实验研究法开发高效传热管的基础，国内外公开的传热实验装置较多，如：专利号“201510433423.7”公布了一种气—液换热器传热系数测定装置，该装置能对不同气相侧翅片管扩展形式进行传热系数测试、压降测试；专利号“201510114654.1”公布了一种绝热波纹管内低温流体流动阻力和温度分布测试装置，该装置通过在波纹管实验段内设置有温度和压力检测单元以及真空度测试单元，通过波纹管实验段内温度、压力与真空度数据获得绝热波纹管内低温流体流动的阻力和温度分布；专利号“201110208846.0”公布了一种测量微管两相对流传热系数的教学实验装置，该装置在不锈钢管相对应处设有在线红外线检测仪，并通过计算机采集热电偶数据，实现稳定性好，远程教学的目的；专利号“201010039663.6”公布了一种换热翅片温度场红外可可视化实验装置，该装置采用红外线摄影仪，实现非接触式测量，可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。
然而，目前虽然有多种传热实验装置，但是没有一种传热实验装置能够实现：传热管直径可调、长度可调、流体介质可调，既能进行单管实验、多管实验，又能进行管束布局实验的传热实验装置。
发明内容
为了克服现有传热实验装备的上述缺点，本发明的目的在于提供一种传热管可换式传热实验装置，具有传热管直径可调、长度可调、流体介质可调，既能进行单管实验、多管实验，又能进行管束布局实验的传热实验装置。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种传热管可换式传热实验装置，包括传热管1、上管箱3、上法兰盘4、上法兰端盖5、内套管7、外套管8、下管箱11、下法兰盘12、下法兰端盖13，其特征为：传热管1上端配合有上管箱3，上管箱3上端螺纹连接有上法兰端盖5、上法兰端盖5螺栓紧固于上法兰盘4，法兰盘4焊接于内套管7上端面；传热管1下端配合有下管箱11，下管箱11下端螺纹连接有下法兰端盖13、下法兰端盖13通过螺栓紧固于下法兰盘12；传热管1与上管箱3、下管箱11之间均设置有管箱密封圈18；内套管7与外套管8之间设置有套管密封圈16；
所述上法兰端盖5下侧外表面设置有螺纹22、螺纹22外侧连接有上管箱3；上法兰盘4上端表面边缘均布有螺栓孔、上法兰盘4上端表面中心焊接有冷流出口管6、冷流出口管6开有温度测量孔、压力测量孔；
所述内套管7上端左侧设置有热流进口孔；内套管7下端外表面设置有台阶，台阶下表面设置有2~3回转沟槽，回转沟槽设置有套管密封圈16，套管密封圈16外套有外套管8；
所述外套管8上端外表面设置有螺纹，螺纹连接有大圆螺母17；下端左侧设置有污水出口孔，下端右侧设置热流出口孔。
一种传热管可换式传热实验装置，其特征在于：所述上管箱3内部设置有圆形内腔20，圆形内腔20上端内侧螺纹22，螺纹22连接有上法兰端盖5；圆形内腔20下端开有1~10个圆形通孔24，圆形通孔24上端面设置有台阶21，台阶21下侧开有2~3个回转沟槽，沟槽内设置有管箱密封圈18，管箱密封圈18内配合有传热管1。
与现有技术比较，本发明的效果是：通过更换不同的管箱，可满足不同直径、不同类型传热管的实验，且可满足单管实验、多管实验；通过滑动外套管，可满足不同长度传热管的实验；通过改变热流、冷流入口介质，可满足不同介质实验，综上所述，本专利可以实现多种工况的传热实现，进而降低传热装置的投资成本，简化实验装置结构，为高效传热管的研发提供关键性的技术支持。
附图说明
图1是本发明用整体结构剖面示意图。
图2是单管用实验管箱示意图。
图3是多管用实验管箱——正方形布管示意图。
图4是多管用实验管箱——同心圆布管示意图。
图5是多管用实验管箱——等边三角布管示意图。
图6 是上法兰端盖及意图。
图中，1.传热管，2.热流入口管，3.上管箱，4.上法兰盘，5.上法兰端盖，6.冷流出口管，7.内套管，8.外套管，9保温层，10.污水出口管，11.下管箱，12.下法兰盘，13.下法兰端盖，14.冷流入口管，15.热流出口管，16.套管密封圈，17.圆螺母，18.管箱密封圈，20.圆形内腔，21.台阶，22.螺纹，23.回转凹槽，24.圆形通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细叙述:
参照图1，一种传热管可换式传热实验装置，包括传热管1、上管箱3、上法兰盘4、上法兰端盖5、内套管7、外套管8、下管箱11、下法兰盘12、下法兰端盖13。传热管1上端配合有上管箱3，上管箱3上端螺纹22连接有上法兰端盖5、上法兰端盖5螺栓紧固上法兰盘4，法兰盘焊接于内套管7上端面；传热管1下端配合有下管箱11，下管箱11下端螺纹连接有下法兰端盖13、下法兰端盖13通过螺栓紧固于下法兰盘12；传热管1与上管箱3、下管箱11之间设置有管箱密封圈18；内套管7与外套管8之间设置有套管密封圈16。
参照图1，传热管1、上管箱3、上法兰盘4、上法兰端盖5、下管箱11、下法兰盘12、下法兰端盖13构成了本实验装置的管程，冷流从冷流入口管14流入管程，从冷流出口管6流出管程。内套管7、外套管8构成本实验装置的壳程，热流从热流入口管2流入壳程，从热流出口管15流出壳程。通过改变下法兰端盖13、热流出口管15的实验介质，可实现液—液传热实验，气—液传热实验。实验原理：通过测量冷流的进、出口温度，入口介质速度，热流的进出、口温度，得到定性温度，根据定性温度查表可得到实验介质的密度、粘度、比热容等参数，再根据实验管的受热面积，进而计算得到实验管的传热系数、传热膜系数等。
参照图1，传热管1可选用不同直径、不同长度、不同类型（如螺旋槽纹管、横纹管、波纹管、缩放管、翅片管、光管等）的传热管1进行传热实验，为保证密封性能，传热管1上、下两端外表面应该保证一定的加工精度。
参照图1~图5，上管箱3内部设置有圆形内腔20，圆形内腔20上端内侧螺纹22，螺纹22连接有上端法兰盖5。圆形内腔20下端布置有圆形通孔24，圆形通孔24的布置方式有：正方形布置、等边三角形布置、同心圆布置，且圆形通孔24的布孔间距可根据实际需求调整，当采用正方形布孔时，可进行正方形布管传热实验，当采用等边三角形布孔时，可进行等边三角形布管传热实验，当采用同心圆布孔时，可进行同心圆布管传热实验。布孔的数目为1~10个，当仅布置1个圆形通孔24时，可进行单管传热实验，当布置多个圆形通孔24时，可进行多管传热实验。下管箱11与上管箱3结构与作用类似。
参照图6，上法兰端盖5下侧外表面设置有螺纹、螺纹外侧连接有上管箱3；上法兰盘4 上端表面边缘均布有12个螺栓孔、螺栓穿过螺栓孔将法兰端盖5 紧固于内套管7端面。法兰端盖5 上端表面中心焊接有冷流出口管6、冷流经过冷流出口管6流出实验装置管程，且冷流出口管6上安装有温度测量仪器、压力测量仪器，可测量热流出口温度、出口压力。下法兰端盖13与上法兰端盖5结构、作用类似，但下法兰端盖13通过螺栓紧固于外套管8下端面。
参照图1，内套管7上端面焊接有上法兰盘4，上法兰盘4通过螺栓连接有上法兰端盖5。内套管7上端左侧设置有热流进口孔，热流进口孔连接有热流入口管2，热流由热流入口管2流入实验装置壳程，且热流入口管2上安装有温度测量仪器，可测量热流入口温度。内套管7下端外表面台阶，台阶用于限位外套管8的轴向滑移的最大行程。台阶下表面设置有2~3回转沟槽，回转沟槽设置有套管密封圈16，套管密封圈16主要用于防止壳程热流从内套管7与外套管8之间的间隙漏失。
参照图1，外套管8上端外表面设置有螺纹，螺纹连接有大圆螺母，大圆螺母的用于限位外套管8的轴向滑移的最大行程。外套管8下端左侧设置有污水出口孔，口孔连接有污水出口管10，污水出口管10安装有调节阀，当实验结束后，需打开此阀，将套管内的废液排出。外套管8下端右侧设置热流出口孔，热流出口孔连接有热流出口管15，热流由热流出口管15流出实验装置，且热流出口管15上安装有温度测量仪器，可测量热流出口温度。外套管8下端面焊接有下法兰盘12，下法兰盘12通过螺栓连接有下法兰端盖13。

Claims (2)

1.一种传热管可换式传热实验装置，包括传热管（1）、上管箱（3）、上法兰盘（4）、上法兰端盖（5）、内套管（7）、外套管（8）、下管箱（11）、下法兰盘（12）、下法兰端盖（13），其特征为：传热管（1）上端配合有上管箱（3），上管箱（3）上端螺纹连接有上法兰端盖（5）、上法兰端盖（5）螺栓紧固于上法兰盘（4），法兰盘（4）焊接于内套管（7）上端面；传热管（1）下端配合有下管箱（11），下管箱（11）下端螺纹连接有下法兰端盖（13）、下法兰端盖（13）通过螺栓紧固于下法兰盘（12）；传热管（1）与上管箱（3）、下管箱（11）之间均设置有管箱密封圈（18）；内套管（7）与外套管（8）之间设置有套管密封圈（16）；
所述上法兰端盖（5）下侧外表面设置有螺纹（22）、螺纹（22）外侧连接有上管箱（3）；上法兰盘（4）上端表面边缘均布有螺栓孔、上法兰盘（4）上端表面中心焊接有冷流出口管（6）、冷流出口管（6）开有温度测量孔、压力测量孔；
所述内套管（7）上端左侧设置有热流进口孔；内套管（7）下端外表面设置有台阶，台阶下表面设置有2~3回转沟槽，回转沟槽设置有套管密封圈（16），套管密封圈（16）外套有外套管（8）；
所述外套管（8）上端外表面设置有螺纹，螺纹连接有大圆螺母（17）；下端左侧设置有污水出口孔，下端右侧设置热流出口孔。
2.根据权利要求1所述的一种传热管可换式传热实验装置，其特征在于：所述上管箱（3）内部设置有圆形内腔（20），圆形内腔（20）上端内侧螺纹（22），螺纹（22）连接有上法兰端盖（5）；圆形内腔（20）下端开有1~10个圆形通孔（24），圆形通孔（24）上端面设置有台阶（21），台阶（21）下侧开有2~3个回转沟槽，沟槽内设置有管箱密封圈（18），管箱密封圈（18）内配合有传热管（1）。
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