CN109827792A - 开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，主要包括气流组织处理段，空气温湿度预处理段，表面冷却器性能测试试验段，水处理系统，测量及控制系统。水经过滤器和保温水箱连接，保温水箱和变频水泵连接后分别泵送至冷水机组或电热水器，分三路分别经电动三通调节阀与预处理表面冷却器连接，经电动三通调节阀与电磁流量计、性能测试用表面冷却器连接，经旁通调节阀连接，汇合后与保温水箱连接。控制系统实时采集温度、湿度、压力和流量等传感器信号，能根据干湿制冷工况和制热工况等不同设计工况要求，自动调节空气侧和水侧的温度和流量，闭环反馈调节对空气温湿度进行预处理，具有测试精度高，应用范围广，节能环保等优点。
Description
技术领域
本发明涉及表面冷却器技术领域，尤其涉及开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置。
背景技术
表面冷却器作为空气温度和湿度调节设备的主要组成部分，由于其构造简单、成本低、占地空间少以及对水系统阻力小等优点，已被广泛地应用于空调工程中。其工作原理是让冷媒或制冷工质流过金属肋片管内腔，而要处理的空气流过金属肋片管外壁进行热交换来达到冷却空气的目的。表面冷却器可处理干、湿等不同工况，其中，对于湿工况而言，当表面温度低于被处理空气的露点温度时，空气首先被等湿降温到饱和线上，然后沿饱和线进一步降温减湿到接近表冷器的表面温度，空气中将有部分水分凝结出来。表面冷却器的性能受到运行工况条件、翅片管结构参数、管排布置形式等诸多方面的影响，其流动传热性能直接影响到空调设备的可靠性，经济性和紧凑性。因此，为了丰富换热器设计用的性能数据库及校核表面冷却器整体性能，在各种标准工况下对诸多型式的表面冷却器进行传热和流动性能测定是一套行之有效的方案。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明旨在提供开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，本发明既能为风道中的空气预处理提供温度和湿度调节，又能为表面冷却器性能测试提供额定的入口条件，具有测试精度高，应用范围广，节能环保等优点。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，包括气流组织处理段、空气温湿度预处理段、表面冷却器性能测试试验段、水处理系统以及控制系统；其中，
所述气流组织处理段包括风道、稳流网以及蜂窝状整流器，所述稳流网以及蜂窝状整流器沿风向依次设在所述风道内；
所述空气温湿度预处理段依次包括预处理表面冷却器，PTC电加热器和蒸汽加湿器；所述预处理表面冷却器，PTC电加热器和蒸汽加湿器沿风向依次设在所述风道内；
所述表面冷却器性能测试试验段包括性能测试用表面冷却器，所述蒸汽加湿器出口端与性能测试用表面冷却器连接；
所述水处理系统包括保温水箱、冷水机组以及电热水器，所述保温水箱的水经管路分别与所述冷水机组、所述电加热器连通，所述冷水机组、电热水器分别通过管路与预处理表面冷却器、性能测试用表面冷却器连通；
所述控制系统实时采集各传感器信号，并根据设定工况要求，完成空气侧流量调节、性能测试用水侧的流量调节、性能测试用水侧的温度调节以及空气温湿度预处理。
作为优选，所述预处理表面冷却器、PTC电加热器、蒸汽加湿器和性能测试用表面冷却器的前后风道内设置温湿度传感器和压力传感器，传感器的信号输出与控制系统连接。
作为优选，所述保温水箱上还设置进水管路、出水管路以及回流管路，所述出水管路分两条支路管路，分别为冷水机组进水管路和电加热器进水管路。
作为优选，所述冷水机组上还设置冷水机组出水管路和电加热器出水管路，所述冷水机组出水管路与所述电加热器出水管路汇合后形成一支管路，为预处理表冷器进水管路。
作为优选，所述预处理表面冷却器上还设置预处理表冷器出水管路，所述预处理表冷器出水管路与所述保温水箱连通，在所述预处理表冷器出水管路通过旁通管路与所述第一电动三通调节阀连通。
作为优选，所述预处理表冷器进水管路经过性能测试表冷器进水管路与性能测试用表面冷却器连通，所述性能测试用表面冷却器侧面还设置性能测试表冷器出水管路，所述性能测试表冷器出水管路与保温水箱连通。
作为优选，在所述性能测试表冷器进水管路上还设置第二电动三通调节阀以及电磁流量计。
作为优选，所述性能测试用表面冷却器的两端采用翻边法兰的形式与前后风道连接。
作为优选，所述述性能测试用表面冷却器后端还依次设有设置在所述风道中的孔板流量计、变频风机以及挡板阀。
本发明的有益效果是：
测试装置中包含闭环自动控制的空气温湿度预处理段，能模拟干湿制冷工况、制热工况等不同设计工况，能在多种额定工况下对表面冷却器展开性能试验，应用范围广；测试过程中动态实时测量表面冷却器上的温度、湿度、压力和流量，可待各参数稳定后，记录并计算出不同工况下的传热系数和摩擦系数，测试精度高；风道中的表面冷却器两端采用翻边法兰的形式与前后风道连接，易于更换，从而便于不同管排布置、翅片结构的表面冷却器性能测试。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
其中：1-过滤网，2-稳流网，3-蜂窝状整流器，4-预处理表面冷却器，5-PTC电加热器，6-蒸汽加湿器，7-性能测试用表面冷却器，8-孔板流量计，9-变频风机，10-挡板阀，11-保温水箱，12-过滤器，13-变频水泵，14-冷水机组，15-电热水器，16-第一电动三通调节阀，17-第二电动三通调节阀，18-电磁流量计，19-旁通调节阀，20-预处理表冷器进水管路，21-预处理表冷器出水管路，22-性能测试表冷器进水管路，23-性能测试表冷器出水管路，24-旁通管路，25-风道。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
实施例：参照附图1所示，开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，包括气流组织处理段、空气温湿度预处理段、表面冷却器性能测试试验段、水处理系统以及控制系统；其中，
具体的，所述气流组织处理段包括风道25、稳流网2以及蜂窝状整流器3，所述稳流网2以及蜂窝状整流器3沿风向依次设在所述风道25内；所述述性能测试用表面冷却器7后端还依次设有设置在所述风道中的孔板流量计8、变频风机9以及挡板阀10；
具体的，所述空气温湿度预处理段依次包括预处理表面冷却器4，PTC电加热器5和蒸汽加湿器6；所述预处理表面冷却器4，PTC电加热器5和蒸汽加湿器6沿风向依次设在所述风道内；所述预处理表面冷却器4、PTC电加热器5、蒸汽加湿器6和性能测试用表面冷却器7的前后风道内设置温湿度传感器和压力传感器，传感器的信号输出与控制系统连接；所述预处理表面冷却器4上还设置预处理表冷器出水管路21，所述预处理表冷器出水管路21与所述保温水箱11连通，在所述预处理表冷器出水管路21通过旁通管路24与所述第一电动三通调节阀16连通。
具体的，所述表面冷却器性能测试试验段包括性能测试用表面冷却器7，所述蒸汽加湿器6出口端与性能测试用表面冷却器7连接；所述预处理表冷器进水管路20经过性能测试表冷器进水管路22与性能测试用表面冷却器7连通，所述性能测试用表面冷却器7侧面还设置性能测试表冷器出水管路23，所述性能测试表冷器出水管路23与保温水箱11连通，在所述性能测试表冷器进水管路22上还设置第二电动三通调节阀17以及电磁流量计18，所述性能测试用表面冷却器7的两端采用翻边法兰的形式与前后风道连接，易于更换和检修。
具体的，所述水处理系统包括保温水箱11、冷水机组14以及电热水器15，所述保温水箱11的水经管路分别与所述冷水机组14、所述电加热器连通，所述冷水机组14、电热水器15分别通过管路与预处理表面冷却器4、性能测试用表面冷却器7连通；
所述保温水箱11上还设置进水管路、出水管路以及回流管路，所述出水管路分两条支路管路，分别为冷水机组14进水管路和电加热器进水管路；
所述冷水机组14上还设置冷水机组14出水管路和电加热器出水管路，所述冷水机组14出水管路与所述电加热器出水管路汇合后形成一支管路，为预处理表冷器进水管路20。所述冷水机组14的冷水机组14出水管路、冷水机组14进水管路以及电加热器出水管路、电加热器进水管路上均设置控制阀，在所述预处理表冷器进水管路20上还设置第一电动三通调节阀16；
整体设计方式：风道中的过滤网1与气流组织处理段连接，气流组织处理段包括稳流网2和蜂窝状整流器3；蜂窝状整流器3出口端与空气温湿度预处理段连接，空气温湿度预处理段依次包括预处理表面冷却器4，PTC电加热器5和蒸汽加湿器6；蒸汽加湿器6出口端与性能测试用表面冷却器7连接；性能测试用表面冷却器7出口端与孔板流量计8连接；孔板流量计8出口端与变频风机9连接，风道中空气经挡板阀10流出；水经过滤器12流入保温水箱11，经过变频水泵13分别泵送至冷水机组14或电热水器15后，分三路分别经电动三通调节阀与预处理表面冷却器4连接，经电动三通调节阀与电磁流量计18、性能测试用表面冷却器7连接，以及经旁通调节阀19连接，汇合后与保温水箱11连接；
孔板流量计8的前后风道内设置压差传感器，传感器的信号输出与测量控制系统连接；电磁流量计18输出信号与测量控制系统连接；变频风机9出风口与挡板阀10通过法兰连接，风道出口通过消音器后排入环境中，变频器信号输出和挡板阀10开度信号与控制系统连接；
所述控制系统实时采集各传感器信号，并根据设定工况要求，完成空气侧流量调节、性能测试用水侧的流量调节、性能测试用水侧的温度调节以及空气温湿度预处理；
所述控制系统实时采集各传感器信号，并根据设定工况要求，通过调节变频器和挡板阀10开度完成空气侧流量调节，通过调节变频水泵13、电动三通调节阀及旁通调节阀19完成性能测试用水侧的流量调节，通过调节冷水机组14或电热水器15完成性能测试用水侧的温度调节，通过调节电动三通调节阀、PTC电加热器5和蒸汽加湿器6完成空气温湿度预处理。
本发明中所涉及到的水路管路均包裹绝热棉，防止冷量或热量损失。
本发明的工作原理为：
空气在风道进气段进入过滤网1过滤后，依次经过稳流网2和蜂窝状整流器3对气流组织稳流和整流，然后经预处理表面冷却器4、PTC电加热器5和蒸汽加湿器6对空气温湿度进行预处理，之后经过性能测试用表面冷却器7进行性能试验，随后经过孔板流量计8测量空气侧流量，变频风机9安装在风道末端，采取吸风的方式完成风道的送风，空气侧流量通过变频风机9的变频器和安装在风道出口处的挡板阀10组合调节。根据所选风机的功率大小，该试验装置能实现较宽雷诺数范围的表面冷却器性能测试。水侧冷热量由冷水机组14和电热水器15并联提供，水侧分为三路：一路经电动三通调节阀与预处理表面冷却器4连接，对来自环境的空气进行温度预处理；一路经电动三通调节阀与电磁流量计18、性能测试用表面冷却器7连接，为表面冷却器性能测试提供水侧冷热量；一路经旁通调节阀19连接实现旁通功能；三通调节阀分别将出水分为两路，结构紧凑、重量轻、动作灵敏，有降低噪音，减小共振的功能，一路经旁通调节阀实现大流量旁通调节，管道中分三路调节，流量调节灵敏。三路流体汇合后与保温水箱11连接实现保温，水路管道均包裹绝热棉，可防止冷量或热量损失。补给水经水过滤器12流入保温水箱11中，变频水泵13将水从保温水箱11泵出，从而实现水路循环。
利用计算机采集和控制系统动态实时测量各参数，根据设定工况要求，空气侧流量调节通过调节变频器和挡板阀10开度完成，性能测试用水侧的流量调节通过调节变频水泵13、电动三通调节阀及旁通调节阀19完成，性能测试用水侧的温度调节通过调节冷水机组14或电热水器15完成，空气温湿度预处理通过闭环反馈调节电动三通调节阀、PTC电加热器5和蒸汽加湿器6完成。
实验步骤：开启试验台，通过控制柜控制换热器的实验工况包括对温湿度和压力的控制，当状态参数稳定后，通过空气侧的孔板流量计8、进出口温度传感器、压力传感器获得空气的体积流量、进口温湿度、出口温湿度以及压力。通过水侧的电磁流量计18、进出口温度传感器、压力传感器获得水的体积流量、进出口温度以及压力。进一步，某一种工况下换热器的传热系数计算方法如下：
(1)换热器的传热方程为：
QH＝KFΔtm
其中QH为换热量，K为换热器的传热系数，F为换热器的面积，Δtm为换热器两侧的对数平均温差。
(2)空气侧的换热量
Qa＝Gacp,a(ta1-ta2)
其中Qa为空气侧的换热量，Ga为空气侧的质量流量，cp,a为空气的定压比热，ta1为空气的进口温度，ta2为空气的出口温度。
(3)水侧的换热量
Qw＝Gwcp,w(tw2-tw1)
其中Qa为水侧的换热量，Gw为水侧的质量流量，cp,w为水的定压比热，tw1为水侧的进口温度，tw2为水侧的出口温度。
(4)换热器的对数平均温差
其中Δtmin＝ta2-tw2Δtmin＝ta1-tw1
(5)换热器的传热系数
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，其特征在于：包括气流组织处理段、空气温湿度预处理段、表面冷却器性能测试试验段、水处理系统以及控制系统；其中，
所述气流组织处理段包括风道、稳流网以及蜂窝状整流器，所述稳流网以及蜂窝状整流器沿风向依次设在所述风道内；
所述空气温湿度预处理段依次包括预处理表面冷却器，PTC电加热器和蒸汽加湿器；所述预处理表面冷却器，PTC电加热器和蒸汽加湿器沿风向依次设在所述风道内；
所述表面冷却器性能测试试验段包括性能测试用表面冷却器，所述蒸汽加湿器出口端与性能测试用表面冷却器连接；
所述水处理系统包括保温水箱、冷水机组以及电热水器，所述保温水箱的水经管路分别与所述冷水机组、所述电加热器连通，所述冷水机组、电热水器分别通过管路与预处理表面冷却器、性能测试用表面冷却器连通；
所述控制系统实时采集各传感器信号，并根据设定工况要求，完成空气侧流量调节、性能测试用水侧的流量调节、性能测试用水侧的温度调节以及空气温湿度预处理。
2.根据权利要求1所述的开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，其特征在于：所述预处理表面冷却器、PTC电加热器、蒸汽加湿器和性能测试用表面冷却器的前后风道内设置温湿度传感器和压力传感器，传感器的信号输出与控制系统连接。
3.根据权利要求1所述的开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，其特征在于：所述保温水箱上还设置进水管路、出水管路以及回流管路，所述出水管路分两条支路管路，分别为冷水机组进水管路和电加热器进水管路。
4.根据权利要求3所述的开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，其特征在于：所述冷水机组上还设置冷水机组出水管路和电加热器出水管路，所述冷水机组出水管路与所述电加热器出水管路汇合后形成一支管路，为预处理表冷器进水管路。
5.根据权利要求4所述的开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，其特征在于：所述预处理表面冷却器上还设置预处理表冷器出水管路，所述预处理表冷器出水管路与所述保温水箱连通，在所述预处理表冷器出水管路通过旁通管路与所述第一电动三通调节阀连通。
6.根据权利要求5所述的开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，其特征在于：所述预处理表冷器进水管路经过性能测试表冷器进水管路与性能测试用表面冷却器连通，所述性能测试用表面冷却器侧面还设置性能测试表冷器出水管路，所述性能测试表冷器出水管路与保温水箱连通。
7.根据权利要求6所述的开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，其特征在于：在所述性能测试表冷器进水管路上还设置第二电动三通调节阀以及电磁流量计。
8.根据权利要求7所述的开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，其特征在于：所述性能测试用表面冷却器的两端采用翻边法兰的形式与前后风道连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的开式的干湿制冷和制热工况下表面冷却器性能试验装置，其特征在于：所述述性能测试用表面冷却器后端还依次设有设置在所述风道中的孔板流量计、变频风机以及挡板阀。
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