CN110568005B - 一种冰浆-海水两相流换热实验台 - Google Patents

一种冰浆-海水两相流换热实验台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冰浆‑海水两相流换热实验台，由制冰系统、动力系统、控制系统和测试系统组成，所述制冰系统包括制冰机、冰浆槽和海水储存罐，所述制冰机的入口与海水储存罐连通，制冰机的出口位于冰浆槽的上方；所述动力系统包括砂浆泵，砂浆泵的入口与制冰系统连通，具体与制冰系统的冰浆槽连通；砂浆泵的出口与调节系统连通；所述测试系统包括测试管路、激振装置和电源，所述测试管路两端分别与调节系统连通；测试管路设有测试段，测试段穿过管路外壳，管路外壳安装于激振装置上。本发明的有益效果为：本发明设置激振装置，可模拟船舶在行驶时受到的振动，给与实验软管一定的振幅，实验工况与实际情况更接近，保证了实验的准确性，提高了实验结果的可信度。

Description

一种冰浆-海水两相流换热实验台
技术领域
本发明涉及一种两相流换热实验台架，具体一种冰浆-海水两相流换热实验台架。
背景技术
冰浆-海水两相流换热在极地船内比较常见。极地船在极地行驶时，碎冰进入船舶海水管道系统，在内部不断堆积形成堵塞，导致船舶海水冷却系统陷入瘫痪，冷却水温度迅速升高超过其正常运行的温度范围，造成船舶设备无法正常工作，最终致使整个船舶动力系统无法运行。因此，有必要对极地船运行过程中冷却系统内冷热流体换热系数变化的规律进行探讨，对解决目前船舶海水管道系统中碎冰堵塞的问题提供参考。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种冰浆-海水两相流换热实验台架，以模拟在极地船板式换热器冷流体管路中掺入冰浆时的运行情况，进行温度、流量控制及调节，找到两相流换热系数变化的规律，解决现有技术中碎冰进入冷却系统导致冷却系统瘫痪的问题。
本发明采用的技术方案为：一种冰浆-海水两相流换热实验台，由制冰系统、动力系统、控制系统和测试系统组成，所述制冰系统包括制冰机、冰浆槽和海水储存罐，所述制冰机的入口与海水储存罐连通，制冰机的出口位于冰浆槽的上方；所述动力系统包括砂浆泵，砂浆泵的入口与制冰系统连通，具体与制冰系统的冰浆槽连通；砂浆泵的出口与调节系统连通；所述测试系统包括测试管路、激振装置和电源，所述测试管路两端分别与调节系统连通；测试管路设有测试段，测试段穿过管路外壳，管路外壳安装于激振装置上；所述测试外壳并联有电源，测试外壳通过无纸记录仪与调节系统相连。
按上述方案，所述调节系统包括调节主管和电磁流量计，所述电磁流量计设于调节主管的一端，且调节主管通过电磁流量计与测试管路的一端连通，电磁流量计与测试系统的无纸记录仪连接；所述调节主管的另一端通过调节主管上的玻璃管与测试管路的另一端连通；所述调节主管在连接点A通过管道与砂浆泵的出口连通，调节主管在连接点B通过管道与冰浆槽连通；连接点A和连接点B之间的调节主管上依次配置有第一调节阀和第二调节阀。
按上述方案，在连接点B与有机玻璃管之间的调节主管上依次安设有第三调节阀和取料卸料阀。
按上述方案，所述测试管路的一端与玻璃管连通，测试管路的另一端分别与排水管和电磁流量计连通。
按上述方案，所述测试管路的测试段并联有差压变动器，差压变动器与无纸记录仪相连。
按上述方案，所述测试管路的测试段两端装有热电阻。
按上述方案，所述测试段外设硅胶套后穿过管路外壳。
按上述方案，所述硅胶套的外壁与管路外壳的内壁之间贴合。
按上述方案，所述电源为稳压直流电源。
本发明的有益效果为：
1、本发明设置激振装置，可模拟船舶在行驶时受到的振动，给与实验软管一定的振幅，实验工况与实际情况更接近，保证了实验的准确性，提高了实验结果的可信度；
2、本发明中的稳压直流电源输出高质量、可控电压的直流电，使管路外壳加热段电流均匀，保证加热段具有相同的加热效率；
3、调节系统设置三个调节阀配合调节，该设计可精确调节流量、节省实验设备费用；
4、从测试软管出口端排出来的水可以直接回流至海水储存罐中重复利用；同时回流设计也利于装置清洗；
5、测试段外包裹硅胶套且硅胶套的外壁与管路外壳的内壁之间无缝隙，可有效防止热量的流失，增加实验的可靠性。
6、本发明设计合理，可行性好，可靠性高。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的整体示意图。
图2为本发明测试段管的整体图。
图3为本发明测试段的剖视图。
图中：1-制冰机；2-砂浆泵；3-冰浆槽；4-软管；5-排水管；6-电磁流量计；7-第一调节阀；8-第二调节阀；9-第三调节阀；10-取料泄料阀；11-玻璃管；12-数据线；13-无纸记录仪；14-电源；15-测试管路；16-激振装置；17-差压变送器；18-海水储存罐；19-管路外壳；20-测试段；21-硅胶套；22-不锈钢管；23-连接点A；24-连接点B；25-热电阻.
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1所示的一种冰浆-海水两相流换热实验台，由制冰系统、动力系统、控制系统和测试系统组成，其中，所述制冰系统包括制冰机1、冰浆槽3和海水储存罐18，所述制冰机1的入口与海水储存罐18连通，制冰机1的出口处连接有出冰管道，出冰管道的出口位于冰浆槽3的上方。本实施例中，所述出冰管道为软管；制冰机1开启时，海水储存罐18内的海水进入制冰机1，制冰机1制得的冰浆经出冰管道流入冰浆槽3内储存。
所述动力系统包括砂浆泵2，砂浆泵2的入口与制冰系统连通，具体与制冰系统的冰浆槽3连通；砂浆泵2的出口与调节系统连通；砂浆泵2可有效降低冰浆对泵的腐蚀和外界环境对泵内冰浆的加热。
所述调节系统包括调节主管和电磁流量计6，所述电磁流量计6设于调节主管的一端，且调节主管通过电磁流量计6与测试系统的一端连通，电磁流量计6与测试系统电连接；所述调节主管的另一端通过玻璃管11(可为有机玻璃管，用于观察冰浆在管道内流动的状况)与测试系统的另一端连通；所述调节主管在连接点A23通过管道与砂浆泵2的出口连通，调节主管在连接点B24通过管道与冰浆槽3连通；连接点A23和连接点B24之间的调节主管上依次配置有第一调节阀7和第二调节阀8；在连接点B24与玻璃管11(可为有机玻璃管)之间的调节主管上依次安设有第三调节阀9和取料卸料阀10。开始时第一调节阀7或第二调节阀8处于完全开启状态，逐渐开启第三调节阀9，直到测试系统内的流量达到设定的实验流量；若当第三调节阀9处于完全开启状态，测试系统内的流量还未达到设定的实验流量，须逐渐关小第一调节阀7或第二调节阀8的开度。
所述测试系统包括测试管路15(可为软管)、激振装置16和电源14，测试管路15设有测试段20，测试段20外设硅胶套21后穿过管路外壳19，如图2和图3所示(硅胶套21的外壁与管路外壳19的内壁之间无缝隙)，管路外壳19安装于激振装置16上；所述测试系统的测试管路15两端分别与调节系统连通，具体地，测试管路15的一端与玻璃管11连通，测试管路25的另一端分别与排水管5和电磁流量计6连通；所述测试外壳19与电源14相连；测试段20的前后端装有的热电阻25和无纸记录仪13相连，无纸记录仪13通过数据线12与电磁流量计6相连。优选地，所述测试管路15的测试段20并联有差压变动器17，差压变送器17用来测量测试段20内流体的压降。差压变送器17通过数据线12把数据传输到无纸记录仪13上。热电阻25测量测试段20内流体的热流密度，数据在无纸记录仪上13显示。本实施例中，所述电源14为稳压直流电源，用于加热测试管路15的测试段20，稳压直流电源可输出高质量电压的直流电，输出电流电压可控，使管路外壳19内的测试段20任意处电流均匀，保证任意局部具有相同的加热效率，并且通过管路外壳19和测试段20之间的硅胶套21来传到热量，既导热又填充了两个之间的缝隙防止热量的流失，避免了加热不均匀的状况；所述开启激振装置16，模拟船舶在行驶时受到的振动，给测试管路15加上定量的振幅；所述无纸记录仪8记录测试段20内的流体温热流密度、压降、流量等相关参数。
本实施例中，整个系统管路外部均采用绝热性良好的材料如海绵包裹密封，将热量尽可能锁在管路内，防止热量散失太快。
本发明的工作原理为：海水储存罐18内的海水进入制冰机1制冰，制冰机1制得的冰浆落入冰浆槽3存储；砂浆泵2启动，将海水冰浆运送至测试管路15，经过调节主管的循环又回流至冰浆槽3中；通过控制系统调节测试管路15内的冰浆流量，并利用电源14对管路外壳19加热，无纸记录仪8记录测试管路15内流体温热流密度、压降、流量等相关参数；开启激振装置16，给测试管路15加上定量的振幅，无纸记录仪8记录不同振幅下的相关参数。
本发明中，利用以下公式计算测试段20的换热系数：
hloc＝q/(Tw－Tm,f)；q＝Q/(S×t)
公式中，q为测试段20管壁热通量，w/m2；Q为直流电源所提供的热量，J；t为时间，s；S为管道截面面积，m2；Tw是测试段20的壁温，℃；Tm,f为测试段20横截面积上的海水-冰晶两相流的平均流体温度，由测试段20前后的两个热电阻20多次测量取平均值，℃。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种冰浆-海水两相流换热实验台，其特征在于，由制冰系统、动力系统、控制系统和测试系统组成，所述制冰系统包括制冰机、冰浆槽和海水储存罐，所述制冰机的入口与海水储存罐连通，制冰机的出口位于冰浆槽的上方；所述动力系统包括砂浆泵，砂浆泵的入口与制冰系统连通，具体与制冰系统的冰浆槽连通；砂浆泵的出口与调节系统连通；所述测试系统包括测试管路、激振装置和电源，所述测试管路两端分别与调节系统连通；测试管路设有测试段，测试段穿过管路外壳，管路外壳安装于激振装置上，所述管路外壳并联有电源，管路外壳通过无纸记录仪与调节系统相连；所述调节系统包括调节主管和电磁流量计，所述电磁流量计设于调节主管的一端，且调节主管通过电磁流量计与测试管路的一端连通，电磁流量计与测试系统的无纸记录仪连接；所述调节主管的另一端通过调节主管上的玻璃管与测试管路的另一端连通；所述调节主管在连接点A通过管道与砂浆泵的出口连通，调节主管在连接点B通过管道与冰浆槽连通；连接点A和连接点B之间的调节主管上依次配置有第一调节阀和第二调节阀；在连接点B与有机玻璃管之间的调节主管上依次安设有第三调节阀和取料卸料阀；所述测试管路的测试段并联有差压变动器，差压变动器与无纸记录仪相连；所述测试管路的测试段两端装有热电阻。
2.如权利要求1所述的冰浆-海水两相流换热实验台，其特征在于，所述测试管路的一端与玻璃管连通，测试管路的另一端分别与排水管和电磁流量计连通。
3.如权利要求1所述的冰浆-海水两相流换热实验台，其特征在于，所述测试段外设硅胶套后穿过管路外壳。
4.如权利要求3所述的冰浆-海水两相流换热实验台，其特征在于，所述硅胶套的外壁与管路外壳的内壁之间贴合。
5.如权利要求1所述的冰浆-海水两相流换热实验台，其特征在于，所述电源为稳压直流电源。
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