CN109752407A - 一种渗流传热规律测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渗流传热规律测试装置，包括空气加热加湿单元，实验平台，数据采集单元。在现有技术基础上，通过采用易装卸的实验平台，以及与实验平台相适应的分体结构形式的空气加热加湿单元，可在不同温度，湿度条件下进行渗流传热实验。本发明的实验装置，由于待测试的煤堆同时承受热‑湿‑气三种附加实验条件，可模拟多种环境下的热‑湿‑气耦合的渗流传热规律。

Description

一种渗流传热规律测试装置

技术领域

本发明涉及气体在多孔介质中的渗流传热规律领域，尤其涉及一种渗流传热规律测试装置。

背景技术

煤矿井下煤自燃过程是煤体及其周围空气之间的温度、湿度和气体浓度三者相互作用过程，三者之间的耦合效应，决定着煤氧化升温形成自燃，是揭示煤自燃动态发展亟待解决的关键。煤自燃是其氧化过程中热量积累与散失共同作用的结果，单方面的侧重研究难以揭示煤低温氧化的热动力过程，尤其是考虑通风条件下水分在氧化过程中的动态变化以及水分变化对煤体温度场的影响，这一影响特征对煤自燃的动态发展有着重要的贡献。当前对通风条件下煤中水分迁移以及由此引发的热量分布规律研究不足。考虑到现场工程实际测试的难度，建立相应的模拟试验装置，可开展渗流条件下含湿煤体热量传递与分布规律的系列研究，这对研究近似真实条件下的煤自燃过程具有重要的理论意义和实际应用价值。

发明内容

为测试渗流传热规律，本发明通过以下技术方案实现：

一种渗流传热规律测试装置，包括空气加热加湿单元，实验平台，数据采集单元。所述空气加热加湿单元通过连接管与所述实验平台进行连接；所述测试装置的传感器测试端在所述实验箱的被测试样中按实际操作要求放置。

所述空气加热加湿单元包括空气加热加湿单元底座，加湿箱体，调节阀B，水泵A，气泵，调节阀A，喷嘴，隔网A，隔网B，加热盘管A，水泵B，调节阀C，调节阀D，加热箱体，控制柜，加热盘管B。所述气泵通过螺钉安装在所述空气加热加湿单元支架上，所述空气加热加湿单元支架的底座由方钢钢管制成，上端焊有铁皮，下端四个角均安装有所述万向轮B。所述气泵通过管道连接在所述调节阀B上，所述水泵A安装在所述空气加热加湿单元支架上，所述水泵A通过管道连接所述调节阀A；所述加湿箱体安装在所述空气加热加湿单元支架上，其上端盖上等距离开有三个孔，安装所述喷嘴；所述加湿箱体左端箱体开有孔；所述加湿箱体内部焊有所述隔网A，所述隔网A左右两边焊在所述加湿箱体的左壁面和右壁面上，其特征在于使所述加湿箱体内部的大水珠凝结在上面，并沿着隔网A以及与所述隔网A相连的箱壁进入所述加湿箱体下方的水中的功能。所述隔网B安装在紧贴出水口的管道上侧的地方，所述加湿箱体内部的水的初始液位在所述隔网B下方，其特征在于使从进气管进入箱体的气体均匀的功能；所述加湿箱体右壁面靠近顶部，底部各开有一个孔；所述水泵B安装在所述空气加热加湿单元支架上，和所述加湿箱体之间通过多个管道相连；所述加热箱体安装在所述空气加热加湿单元支架上；所述控制柜安装在所述空气加热加湿单元正前方，其特征在于控制所述加热箱体内部的油加热到不同温度，进而对所述加热盘管A，所述加热盘管B进行加热，通过金属的导热性加热水和空气的功能；所述加热箱体中的所述加热盘管A为多层盘管，所述加热盘管A上方存在进水口和出水口，出水口通过管道接所述调节阀D，管道尽头焊有多个支路管道，安装有所述喷嘴，其特征在于喷洒细小水雾，与下方空气充分混合，使所述加湿箱体内部空气湿度混合均匀功能。所述加湿箱体中空气通过管道通入所述加热箱体中的加热盘管B，所述加热箱体中的加热盘管B为多层盘管，所述加热盘管B上方出气口有管道与所述实验平台的所述进气喇叭口连接。

所述实验平台包含进气喇叭口，实验箱体，物性样口，法兰盘，出气喇叭口，实验箱支架，万向轮。所述进气喇叭口为左小右大结构，左端开口小，为渐扩管结构；所述进气喇叭口右端，所述箱体左端均焊有所述法兰盘，所述法兰盘圆周均匀开有安装螺栓孔；所述进气喇叭口右端的所述法兰盘通过螺栓与所述实验箱体左端的所述法兰盘连接；所述实验箱体为圆柱形结构，所述实验箱体为内圈为圆柱形铁皮，外圈为绝热棉的双层结构，其特征在于隔热保温功能。所述实验箱体正前方等间距开有多个所述物性样口，其特征在于方便取样检测功能；所述实验箱体右端焊有所述法兰盘，所述法兰盘圆周均匀开有安装螺栓孔；所述出气喇叭口为前大后小结构，左端焊有所述法兰盘与实验箱体右端所述法兰盘连接；所述实验箱箱体安装在所述实验箱支架的半圆形托架上，托架由多根焊接在由方钢制成的底座上的钢管支撑，所述实验箱支架下方安装有所述万向轮A，其特征在于方便转移实验设备功能。

所述数据采集单元由温湿度传感器，温湿度变送器，数据采集卡，电脑组成。所述温湿度传感器在所述实验箱体中横向呈直线等间距插入试样中，其特征在于测量试样不同方位的温湿度，从而得到渗流传热规律功能。各所述温湿度传感器的连接线通过所述实验箱体上所开的孔引出，与所述温湿度变送器相连，各温湿度变送器的连接线连接所述数据采集卡，所述数据采集卡通过连接线与所述电脑连接，所述电脑在接收数据的同时运用LABVIEW软件开发数据采集界面，便于对所述温度传感器的所测得温湿度进行观测和储存功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：一种渗流传热规律测试装置总体结构示意图

图2：水泵和气泵的外部结构示意图

图3：加湿箱体俯视结构示意图

图4：加湿箱体主视剖视结构示意图

图5：隔网A放大结构示意图

图6：加热箱体俯视结构示意图

图7：加热箱体剖视结构示意图

图8：实验平台主视结构示意图

图9：实验平台左剖视结构示意图

图10：数据采集单元结构示意图

图中，1-加湿箱体，2-加热箱体，3-进气喇叭口，4-实验箱体，5-出气喇叭口，6-实验箱支架，7-万向轮A，8-控制柜，9-水泵B，10-空气加热加湿单元支架，11-万向轮B，12-水泵A，13调节阀A，14调节阀B，15-气泵，16-喷嘴，17-隔网A，18-隔网B，19-调节阀C，20-调节阀D，21-加热盘管A，22-加热盘管B，23-物性样口，24-法兰盘，25-温湿度传感器，26-温湿度变送器，27-数据采集卡，28-电脑。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，为一种渗流传热规律测试装置总体结构示意图。该装置包括空气加热加湿单元，实验平台，数据采集单元。空气加热加湿单元通过连接管与实验平台进行连接；测试装置的传感器测试端在实验箱的被测试样中按实际操作要求放置。

参见图2，为泵的外部结构示意图。水泵A12安装在空气加热加湿单元支架10上，空气加热加湿单元支架10底座四个角均安装有万向轮B11。工作开始，水泵A12接通电源，此时水泵A12开始泵水。水泵A12通过管道连接调节阀A13；加湿箱体1左端箱体靠近底部开有孔，通过该孔水泵A12将水经过管道泵入加湿箱体1，水的流量可以通过调节阀A13来控制，一开始调节阀A13全开，水泵A12将水快速泵入加湿箱体1中，在液位即将到达隔板时，将调节阀A13阀门关小，让水以较小流速泵入加湿箱体1。

参见图3，图4和图5，分别为加湿箱体俯视结构示意图，加湿箱体主视剖视结构示意图和隔网A放大结构示意图。气泵15安装在加热加湿单元支架上；喷嘴16开始喷洒水雾时，气泵15接通电源，开始工作。气泵15连接有调节阀B14。加湿箱体1左端箱体靠近底部开有孔，气泵15将空气通过管道经过该孔泵入加湿箱体1，空气的流量可以通过调节阀B14来控制，气泵15开始工作以后，使用调节阀将空气流速调整到所需的实际工作值，持续工作。隔网B18通过焊接安装在紧贴出水口管道上侧的地方，加湿箱体1内部的水的初始液位在隔网B18上方。气泵15泵入的空气从加湿箱体1底部的液体下方往上运动，形成气泡上浮，在隔网B18的作用下，气泡破裂，空气进入加湿箱体1内部汽混合区域进行混合，加湿箱体1内部形成带有温度的湿度混合均匀的空气。加湿箱体1安装在加热加湿单元支架上，其上端盖等距离开有三个孔，喷嘴16通过所开孔安装在加湿箱体1内部，经过加热的水流通过喷嘴16将带有流速的水喷出，形成极其细小的水雾，充斥整个加湿箱体1，在加湿箱体1的内部密闭空间中形成湿润环境。加湿箱内部通过焊接安装有折弯的隔网A17，隔网A17上部接近箱体顶部，左右两端焊在加湿箱体1的左壁面和右壁面上，从喷嘴16喷入加湿箱体1的水雾中的大水珠凝结在上面，并沿着有一定角度的隔网A17以及与隔网A17相连的箱壁留下进入加湿箱体1下方的水中，防止箱体内部空间有凝集的水珠存在，影响密闭空间中湿度的均匀性。

参见图6和图7，分别为加热箱体俯视结构示意图和加热箱体剖视结构示意图。加湿箱体1右壁面靠近底部开有一个孔，水泵B9安装在空气加热加湿单元支架10上，水泵B9将加湿箱体1底部的水通过管道泵入加热盘管A21进行加热，加热箱体2安装在空气加热加湿单元支架10上，控制柜安装在空气加热加湿单元正前方，通过控制柜控制加热箱体2内部的油加热到不同温度，进而对加热盘管A21进行加热，加热箱体2中的加热盘管A21为多层盘管，加热盘管A21对水流进行加热，待水通过加热盘管A21之后，水将带有一定热量，可通过控制柜对油的温度进行控制，从而经过加热盘管A21的水可以带有不同温度。加热盘管A21上方出水口通过管道连接调节阀D20，经过加热的水从加热盘管A21流出，调节阀D20所连管道位于加湿箱体1一端均匀间距焊有多个垂直向下的支路管道，并装有喷嘴16。调节阀D20将从加热盘管A21流出的水的流速进行调节，保证水流经过出水管D到达喷嘴16，并经过喷嘴16喷出的水雾大小可调。不断调节调节阀D20，使加湿箱中的气体湿度达到实验要求。底部聚集的水通过水泵B泵入加热盘管A21，加热后的水继续通过管道喷入加湿箱体1，形成水的循环利用。加湿箱体1右壁面靠近顶部开有一个孔，气泵15将加湿箱体1内部形成带有温度的湿度混合均匀的空气通过管道泵出，管道上安装有调节阀C19，管道另一端连接加热箱体2中的加热盘管B22的进气口，气泵15将空气泵入加热盘管B22，通过控制柜控制加热箱体2内部的油加热到不同温度，进而对加热盘管B22进行加热，加热箱体2中的加热盘管B22为多层盘管，加热盘管B22对空气进行加热，待空气通过加热盘管B22之后，空气温度将带有一定温度，可通过控制柜对油的温度进行控制，从而经过加热盘管B22的空气可以带有不同温湿度。不断调整温度，使气体的温度和湿度达到实验要求，并保持恒定。加热盘管B22上方存在进气口和出气口，出气口有管道与实验平台的进气喇叭口3连接。经过空气加热加湿单元处理的空气通入实验箱体4。

参照图8和图9，分别为实验平台主视结构示意图以及实验平台左剖视结构示意图。进气喇叭口3结构为左小右大结构，左端开口小，为渐扩管结构，其右端焊有法兰盘24，法兰盘24圆周均匀开有安装螺栓孔；实验箱左端焊有法兰盘24，法兰盘24圆周均匀开有安装螺栓孔；进气喇叭口3右端的法兰盘24通过螺栓与箱体左端的法兰盘24连接。经过空气加热加湿单元处理的空气吹入实验箱体4，空气经过进气喇叭口3之后，其稳定性以及速度会有一定程度的优化，更加符合实验所需的环境要求。实验箱体4为圆柱形结构，是内部为圆柱形铁皮，外围包裹绝热棉的双层结构。箱体正前方等间距开有多个物性样口23。实验箱体4中填充煤作为试样，通入的空气从左往右通过试样，温湿度随着实验的进行，开始有不同程度的损失。人工可以从物性样口23中取出煤样进行人工检测煤体的属性。箱体右端焊有法兰盘24，法兰盘24圆周均匀开有安装螺栓孔；出气喇叭口5为前大后小结构，其左端焊有法兰盘24，法兰盘24通过螺栓与箱体右端的法兰盘24连接。通入实验箱体4中的空气通过出气喇叭口5吹出。实验箱箱体安装在实验箱支架6的半圆形托架上，托架由多根焊接在由方钢制成的底座上的钢管支撑，实验箱支架6下方安装有万向轮A7，方便转移实验设备，更换实验场地。

参见图10，为数据采集单元结构示意图。温湿度传感器25在实验平台中横向呈直线插入试样中，各温湿度传感器25的连接线通过实验箱体4上所开的孔引出，温湿度传感器25插在实验箱体4中的煤样当中，测量通入温湿度气体以后试样的温湿度，与温湿度变送器26相连，测量之后，通过温湿度变送器26变换成为电流电压信号，各温湿度变送器26的连接线连接数据采集卡27，数据采集卡27通过连接线与电脑28连接，将电流电压信号通过采集卡传输进入电脑28，电脑28在接收数据的同时运用LABVIEW软件开发数据采集界面，便于对温湿度传感器25的温湿度进行观测和储存功能。

Claims (4)

1.一种渗流传热规律测试装置，其特征在于，包括：空气加热加湿单元，实验平台，数据采集单元；所述空气加热加湿单元通过连接管与实验平台进行连接；所述数据采集单元的传感器测试端在实验箱体的被测试样中呈一定规律放置。

2.根据权利要求1的一种渗流传热规律测试装置，其特征在于，控制柜控制加热箱体内部的油加热到不同温度，进而对加热装置A，加热装置B进行加热，通过金属的导热性加热水和空气。

3.根据权利要求1的一种渗流传热规律测试装置，其特征在于空气加热与加湿单元可以同时对泵入加热箱体中加热装置的水和空气进行加热。

4.根据权利要求1的一种渗流传热规律测试装置，其特征在于，加湿箱体上端的喷嘴喷出水雾，下端的进气管道喷出的空气，经过底部聚集的水喷出，在水面上方的隔网作用下破裂，水和空气在加湿箱体内部的空间内混合均匀，得到带有湿度的水汽，底部的水通过水泵B泵入加热装置A，加热后的水继续通过管道喷入加湿箱体，形成水的循环利用。