CN111272809B - 双流程空冷散热器热力性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双流程空冷散热器热力性能试验装置，包括：散热器测试样品、第一循环水系统、第二循环水系统、测量系统和温控系统。根据本发明的空冷散热器热力性能试验装置能模拟双流程空冷散热器管内的实际温差，利用该装置可研究流程间温差对散热器热力性能的影响，相应的试验结果可为空冷散热器热力性能优化、以及间接空冷塔的优化设计提供支撑。

Description

双流程空冷散热器热力性能试验装置

技术领域

本发明涉及火电厂空冷技术领域，特别是涉及双流程空冷散热器热力性能试验装置。

背景技术

人类生活水平的不断提高，促使淡水资源的消耗量逐渐增加，为保证国民经济的可持续发展，合理使用淡水资源，有效节约淡水资源迫在眉睫。兴建大容量的火力发电厂需要充足的冷却水资源，而在缺水地区兴建大容量火力发电厂，就需要采用其他冷却系统来排除废热。空冷系统的应运而生缓解了水资源日益匮乏与电力工业迅速发展之间的矛盾，从而保证电力产业迅速发展。

间接空冷系统，由于其良好且安全的冷却性能，被广泛应用于我国的富煤缺水的三北地区。间接空冷塔是间接空冷系统的重要组成部件之一，空冷散热器是间接空冷塔的关键部件，因此研究间接空冷散热器(下述简称为散热器)热力特性，对于优化设计间接空冷系统具有重要的意义。

根据散热器水管内流动方向，散热器包括单流程、双流程。由于双流程散热器的散热性能好，近些年来被广泛应用于大型间接空冷塔。图1示出火电厂间接冷却塔及双流程散热器的示意图，间接冷却塔1的高度约为170m～250m，在冷却塔底部进风口周围布置了双流程散热器2，为了达到电厂散热负荷要求，双流程散热器2高达25m～30m。。循环水通过复杂的管路系统，从散热器的底部流入散热器内的进水管3(管径约为20mm)，在散热器的顶部水室拐弯，然后再通过散热器的排水管4流出散热器。散热器的进水温度，春秋季约为40℃，夏季约为60℃；散热器的进水与出水温度差异约为10℃～13℃。由于水温高于周围环境气温，塔内的空气温度被加热，在浮力的作用，形成了空气流动。空气流动方向是，从外部流向散热器，与散热器水管内的热水进行换热，然后流向冷却塔，并从冷却塔出口流出。

在不同高度上，两排水管间的温差不同，如图2所示。以夏季工况为例，并假定水温随高度均匀变化。进水温度约为60℃，在向上流动过程中，水管内水的温度逐渐降低至54℃，然后向下流动，水的温度再逐渐降至47℃。因此，在散热器上部流程间的水温差较小，在散热器下部流程间的水温差较小，流程间水温变化范围为1℃～13℃。

目前，双流程散热器热力性能测试研究在热工风洞中进行，现有的双流程散热器测试样品为原型的一段，水循环过程与原型相同，由于风洞尺寸的限制，散热器试样高度约为0.8m，远小于其原型尺寸。现有散热器热力性能测试中，双流程小比尺散热器试样放置在热工风洞的试验段中，间接冷却塔的风冷却由热工风洞的来风模拟，由于双流程散热器试样的高度小，循环水流经散热器后，进水与出水的温差通常小于1.0℃，从而散热器测试样品双流程水管在不同高度的温差很小，这种测试方法仅仅反应出原型中散热器顶部一小段的温差，但无法考虑其他高度的温差效应，这导致目前的试验方法无法准确评估双流程散热器的热力性能。

因此，需要建立一套试验装置，可调节双流程散热器的水管间的水温差，从而可研究流程间不同幅度的水温差对散热器热力性能影响，研究结果可准确反映散热器原型不同高度段的热力特性，并可为空冷散热器、以及间接空冷塔的优化设计提供支撑。

在该部分中公开的以上信息仅用于理解发明构思的背景，因此，可能包含不构成现有技术的信息。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种双流程空冷散热器热力性能试验装置，其特征在于，包括：

散热器测试样品，所述散热器测试样品包括翅片、位于所述翅片的第一端且液体隔离的第一室和第二室以及位于所述翅片的与第一端相对的第二端且液体隔离的第三室和第四室，贯穿所述翅片延伸的第一水管和第二水管，所述第一水管与所述第一室和所述第三室液体联通，所述第二水管与所述第二室和所述第四室液体联通；

第一循环水系统，包括：第一泵、第一加热锅炉、第一阀、第一供水管、第一回水管，所述第一供水管连接到所述第一室，所述第一回水管连接到所述第三室；

第二循环水系统，包括：第二泵、第二加热锅炉、第二阀、第二供水管、第二回水管，所述第二供水管连接到所述第四室，所述第二回水管连接到所述第二室；

测量系统，包括：测量所述第一供水管和所述第二供水管的进水温度的第一供水温度传感器和第二供水温度传感器、测量所述第一回水管和所述第二回水管的回水温度的第一回水温度传感器和第二回水温度传感器，测量所述第一循环水系统的流量的第一流量计和测量所述第二循环水系统的流量的第二流量计；以及

温控系统，所述温控系统根据所述第一供水管和所述第二供水管的预设进水温度和/或进水温差与第一供水温度传感器和第二供水温度传感器的进水温度测量值，分别控制所述第一加热锅炉和/或所述第二加热锅炉的加热功率。

优选地，所述散热器测试样品位于热工风洞的试验段中。所述热工风洞依次包括进气口、风扇段、大角度扩散段、稳定段、收缩段、所述试验段和扩散段。

进口气温测点布置在所述进气口中；风速测点布置在所述试验段中散热器测试样品的上游；以及出口气温测点布置在所述扩散段中。

在一优选实施例中，所述第一水管和所述第二水管分别包括多个水管。在一优选实施例中，所述第一水管和所述第二水管的数量可以相同或不同。

特别地，所述散热器测试样品的高度不大于0.8m。

特别地，所述散热器测试样品的高度与双流程散热器原型的高度比例小于3％。

根据本发明的空冷散热器热力性能试验装置能研究双流程空冷散热器管内的不同高度断面的温差效应，为空冷散热器以及间接空冷塔的优化设计提供支撑。

附图说明

在下文中将参照附图更完全地描述本发明的一些示例实施例；然而，本发明可以以不同的形式体现，不应当被认为限于本文所提出的实施例。相反，附图与说明书一起例示本发明的一些示例实施例，并用于解释本发明的原理和方面。

在图中，为了例示清楚，尺寸可能被夸大。贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件。

图1为间接空冷塔及双流程散热器的结构示意图；

图2为图1的双流程散热器不同高度流程间的水温差(夏季工况)；

图3为根据本发明的双流程空冷散热器热力性能试验装置的结构示意图；

图4示意性示出根据本发明的双流程空冷散热器热力性能试验平台；和

图5为根据本发明的双流程空冷散热器热力性能试验方法的流程框图。

图中：

1：间接冷却塔；2：双流程散热器；3：进水管；4：排水管；

F：翅片；

C1、C2、C3、C4：第一室、第二室、第三室、第四室；

P1：第一水管；P2：第二水管；

S1、S2：第一泵、第二泵；

H1、H2：第一加热锅炉、第二加热锅炉；

V1、V2：第一阀、第二阀；

PS1、PS2：第一供水管、第二供水管；

PR1、PR2：第一回水管、第二回水管；

TS1、TS2：第一供水温度传感器、第二供水温度传感器；

TR1、TR2：第一回水温度传感器、第二回水温度传感器；

Q1、Q2：第一流量计、第二流量计；

TC：温控系统；

D1:进气口；D2：风扇段；D3：大角度扩散段；D4：稳定段；D5：收缩段；D6：试验段；D7：扩散段；Tin：进口气温测点；Mv：风速测点；Tout：出口气温测点。

具体实施方式

在下面的详细描述中，本发明的某些示例性实施例简单地通过例示的方式被示出和描述。

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

图3为根据本发明的双流程空冷散热器热力性能试验装置的结构示意图。

如图3所示，根据本发明的双流程空冷散热器热力性能试验装置，包括：

散热器测试样品，所述散热器测试样品包括翅片F、位于所述翅片F的第一端且液体隔离的第一室C1和第二室C2以及位于所述翅片F的与第一端相对的第二端且液体隔离的第三室C3和第四室C4，贯穿所述翅片F延伸的第一水管P1和第二水管P2，所述第一水管P1与所述第一室C1和所述第三室C3液体联通，所述第二水管P2与所述第二室C2和所述第四室C4液体联通；

第一循环水系统，包括：第一泵S1、第一加热锅炉H1、第一阀V1、第一供水管PS1、第一回水管PR1，所述第一供水管PS1连接到所述第一室C1，所述第一回水管PR1连接到所述第三室C3；

第二循环水系统，包括：第二泵S2、第二加热锅炉H2、第二阀V2、第二供水管PS2、第二回水管PR2，所述第二供水管PS2连接到所述第四室C4，所述第二回水管PR2连接到所述第二室C2；

测量系统，包括：测量所述第一供水管PS1和所述第二供水管PS2的进水温度的第一供水温度传感器TS1和第二供水温度传感器TS2、测量所述第一回水管PR1和所述第二回水管PR2的回水温度的第一回水温度传感器TR1和第二回水温度传感器TR2，测量所述第一循环水系统的流量的第一流量计Q1和测量所述第二循环水系统的流量的第二流量计Q2；以及

温控系统TC，所述温控系统TC根据所述第一供水管PS1和所述第二供水管PS2的预设进水温度和/或进水温差与第一供水温度传感器TS1和第二供水温度传感器TS2的进水温度测量值，分别控制所述第一加热锅炉H1和/或所述第二加热锅炉H2的加热功率。

图4示意性示出根据本发明的双流程空冷散热器热力性能试验平台，即，图4具体地示出热工风洞的结构示意图。热工风洞依次包括进气口D1、风扇段D2、大角度扩散段D3、稳定段D4、收缩段D5、试验段D6和扩散段D7。在根据本发明的优选实施例中，散热器测试样品位于热工风洞的试验段D6中。启动风扇段D2的风机W，入口空气从进气口D1进入，然后依次经过风扇段D2、大角度扩散段D3、稳定段D4、收缩段D5、试验段D6，最终从扩散段D7排出。热工风洞中，在进气口D1布置进口气温测点T_in，在试验段D6中散热器测试样品的上游布置风速测点Mv，在试验段D6下游的扩散段D7布置出口气温测点Tout。

返回参见图3，第一水管P1和第二水管P2优选分别包括多个水管。在图3所示的示例中，第一水管P1和第二水管P2均为3个。然而，本发明的实施例不限于此，第一水管P1和第二水管P2的数量可以相同或不同。

散热器测试样品的高度不大于0.8m。散热器测试样品的高度与双流程散热器原型的高度比例小于3％。尽管散热器测试样品的高度尺寸很小，与原型的高度比值也很小，但是由于散热器测试样品的特定结构，仍能精确模拟散热器原型不同高度段的热力特性。

下面将结合附图，进一步说明根据本发明的双流程空冷散热器热力性能试验方法。

图5示出了方法的流程框图。

如图5所示，根据本发明的双流程空冷散热器热力性能试验方法包括步骤：

S1：将风洞的风速调节到试验工况所需风速；

S2：设定第一循环水系统和第二循环水系统的循环水量，调节第一泵和第二泵的功率；

S3：设定第一循环水系统和第二循环水系统的进水温度和/或进水温差，温控系统根据第一供水温度传感器和第二供水温度传感器的进水温度测量值，分别控制第一加热锅炉和/或第二加热锅炉的加热功率；

S4：第一循环水系统的第一供水管将热水供应至散热器测试样品第一侧的第一室、经第一水管至第二侧的第三室、再由第一回水管返回至第一加热锅炉中，第二循环水系统的第二供水管将热水供应至散热器测试样品所述第二侧的第四室、经第二水管至所述第一侧的第二室、再由第二回水管返回至第二加热锅炉中；

S5：进行数据采集，包括：采集第一循环水系统和第二循环水系统的进水温度和出水温度及流量，采集风洞不同测试断面不同点的风速，采集风洞进口空气和出口空气的温度；

S6：调节试验工况，返回步骤S1。

根据本发明的双流程空冷散热器热力性能试验方法，通过调节两个循环水系统的供水温度，能精确模拟散热器原型不同高度段的热力特性。本发明的试验方法，简单易操作，在尺寸受限的情况下，只需调整不同试验工况，能达到完全模拟大型空冷散热器热力条件的目的。

最后应说明的是，如本领域技术人员将认识到的那样，附图和描述为示例性而非限制性的，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，所有这些都不脱离本发明的精神或范围。

Claims (7)

1.一种双流程空冷散热器热力性能试验装置，其特征在于，包括：

散热器测试样品，所述散热器测试样品包括翅片(F)、位于所述翅片(F)的第一端且液体隔离的第一室(C1)和第二室(C2)以及位于所述翅片(F)的与第一端相对的第二端且液体隔离的第三室(C3)和第四室(C4)，贯穿所述翅片(F)延伸的第一水管(P1)和第二水管(P2)，所述第一水管(P1)与所述第一室(C1)和所述第三室(C3)液体联通，所述第二水管(P2)与所述第二室(C2)和所述第四室(C4)液体联通；

第一循环水系统，包括：第一泵(S1)、第一加热锅炉(H1)、第一阀(V1)、第一供水管(PS1)、第一回水管(PR1)，所述第一供水管(PS1)连接到所述第一室(C1)，所述第一回水管(PR1)连接到所述第三室(C3)；

第二循环水系统，包括：第二泵(S2)、第二加热锅炉(H2)、第二阀(V2)、第二供水管(PS2)、第二回水管(PR2)，所述第二供水管(PS2)连接到所述第四室(C4)，所述第二回水管(PR2)连接到所述第二室(C2)；

测量系统，包括：测量所述第一供水管(PS1)和所述第二供水管(PS2)的进水温度的第一供水温度传感器(TS1)和第二供水温度传感器(TS2)、测量所述第一回水管(PR1)和所述第二回水管(PR2)的回水温度的第一回水温度传感器(TR1)和第二回水温度传感器(TR2)，测量所述第一循环水系统的流量的第一流量计(Q1)和测量所述第二循环水系统的流量的第二流量计(Q2)；以及

温控系统(TC)，所述温控系统(TC)根据所述第一供水管(PS1)和所述第二供水管(PS2)的预设进水温度和/或进水温差与第一供水温度传感器(TS1)和第二供水温度传感器(TS2)的进水温度测量值，分别控制所述第一加热锅炉(H1)和/或所述第二加热锅炉(H2)的加热功率。

2.根据权利要求1所述的双流程空冷散热器热力性能试验装置，其特征在于，所述散热器测试样品位于热工风洞的试验段中。

3.根据权利要求2所述的双流程空冷散热器热力性能试验装置，其特征在于，

所述热工风洞依次包括进气口(D1)、风扇段(D2)、大角度扩散段(D3)、稳定段(D4)、收缩段(D5)、所述试验段(D6)和扩散段(D7)。

4.根据权利要求3所述的双流程空冷散热器热力性能试验装置，其特征在于，

进口气温测点(Tin)布置在所述进气口(D1)中；

风速测点(Mv)布置在所述试验段(D6)中散热器测试样品的上游；以及

出口气温测点(Tout)布置在所述扩散段(D7)中。

5.根据权利要求1所述的双流程空冷散热器热力性能试验装置，其特征在于，

所述第一水管(P1)和所述第二水管(P2)分别包括多个水管，所述第一水管(P1)和所述第二水管(P2)的数量可以相同或不同。

6.根据权利要求1所述的双流程空冷散热器热力性能试验装置，其特征在于，

所述散热器测试样品的高度不大于0.8m。

7.根据权利要求1所述的双流程空冷散热器热力性能试验装置，其特征在于，

所述散热器测试样品的高度与双流程散热器原型的高度比例小于3％。

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