CN111982959B - 一种传热实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种传热实验装置，解决了现有两组及两组以上铜管的实验对比数据中存在大量不确定因素的问题。通过本发明装置在做传热系数测定实验时，被测管：光滑内管，和用于蒸汽流通的光滑套管，均为同一套管；而且测定温度的第二测温元件、第三测温元件、第四测温元件、第五测温元件，蒸汽输送管、湍流风输送管以及其上的各个球阀、测压元件，均为相同部件，避免了多组被测内管、套管测量时，不同测量元器件元器件、不同长度的管道，所带来的大量不确定因数，去除这些扰动因数之后，使得新测量出的传热系数数据更为精确、可靠，数据的说服力强。

Description

一种传热实验装置
技术领域
本发明涉及热力学实验设备技术领域，特别是指一种传热实验装置。
背景技术
传热系数影响因素的测定，通过两种不同铜管进行测定，一个为光滑管，一个增加扰流元件或者采用波纹管，增加冷风端的湍流性能，来验证传热系数的影响因素；但在实际应用中根据传热速率方程q＝αAΔtm，
而
Figure GDA0004066895580000011
因此传热系数的计算值α0测定与Δtm是息息相关的，由于在实际测量过程中无论与光滑管比较，或是采用扰流元件，还是采用波纹管，均会由于两个不同被测铜管加工时存在的误差，以及测量元件温度传感器的线性度和灵敏度的区别而导致实际计算中引入了大量的不确定因素，导致数据不理想，并且不具有说服性。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的现有两组及两组以上铜管的实验对比数据中存在大量不确定因素的问题，本发明提出了一种传热实验装置。
本发明的技术方案是：一种传热实验装置，包括蒸汽发生器、光滑套管、光滑内管和旋涡风机，光滑套管的左右两端均设有可拆卸的环形卡盘，光滑内管的右端插在右侧的环形卡盘上，光滑内管的右端与右侧的环形卡盘为紧配合连接，光滑内管的左端与左侧的环形卡盘为松配合连接，无扰动条件下的传热实验测量时，光滑套管的左侧与光滑内管之间设有用于密封环形卡盘的密封构件；有扰动条件下的传热实验测量时，光滑套管的左侧设有扰流元件，扰流元件的左端与盲板固定连接，扰流元件的右端插入光滑套管内与光滑内管的左端可拆卸密封连接，光滑套管的左侧与扰流元件之间设有用于密封环形卡盘的密封构件；光滑套管的左端设有第三测温元件，光滑套管的右端设有第四测温元件，第三测温元件和第四测温元件配合用于测量光滑套管内左右两端的蒸汽温差；
蒸汽发生器的出气口连接有蒸汽输送管，蒸汽输送管上设有第四球阀，蒸汽输送管的另一端与光滑套管的左端连通，光滑套管的右端连接有蒸汽回流干管，蒸汽回流干管上设有第五球阀，蒸汽回流干管的另一端连接有冷凝器，冷凝器的冷凝液出口连接有冷凝水回流干管，冷凝水回流干管的另一端与蒸汽发生器的底部排水管连接；
旋涡风机的出风口连接有湍流风输送管，湍流风输送管的前部设有风量调节支管和第二测压元件，第二测压元件位于风量调节支管和湍流风输送管连接节点的后方，风量调节支管上设有第一调节阀，湍流风输送管的后部设有第三测压元件，无扰动条件下的传热实验测量时，湍流风输送管的后端与光滑内管的左端可拆卸连接，有扰动条件下的传热实验测量时，湍流风输送管的后端与扰流元件的左端可拆卸连接，湍流风输送管的后部靠近出风口处设有第二调节阀，第二测压元件和第三测压元件配合用于第一调节阀和第二调节阀调节风量的结果对照，同时第二测压元件和第三测压元件配合也用以计算湍流风输送管的管道沿程阻力系数，第二调节阀与湍流风输送管的出风口之间设有第二测温元件，光滑内管的右端连接有放空管I，放空管I靠近光滑内管处设有第五测温元件，第二测温元件和第五测温元件配合用于测量光滑内管内左右两端的湍流风温差。
进一步，蒸汽发生器的上部设有第一测温元件和第一测压元件，蒸汽发生器的底部排水口连接排水管，排水管的前部设有第一球阀，蒸汽发生器的上部连通有用于排汽泄压的泄压管，泄压管的后端与排水管的中部连通，排水管的中部设有安全水封，排水管的后背设有第二球阀，排水管的后端设有第六球阀，冷凝水回流干管与排水管的前部连接，冷凝水回流干管与排水管的连接节点位于第一球阀之前。
进一步，蒸汽输送管的下部连接有加水管，加水管上设有第三球阀。
进一步，湍流风输送管的前部设有第七测温元件，第七测温元件位于风量调节支管和湍流风输送管连接节点的后方，第七测温元件和第二测温元件配合用于测量湍流风输送管的管道沿程热量损失系数。
进一步，蒸汽回流干管的后端通过三通同时连接有蒸汽回流支管和冷凝水回流支管，第五球阀设在蒸汽回流支管上，蒸汽回流支管的后端与冷凝器的进气口连接，冷凝水回流支管为竖向设置，冷凝水回流支管的下端与冷凝水回流干管的水平段连接。
进一步，冷凝水回流支管的下部设有透明的视镜，视镜高于蒸汽发生器的底部排水口250mm～350mm；蒸汽发生器工作时，视镜内的液面高度为视镜本体的1/2～3/4。
进一步，冷凝水回流干管的竖直段连接向上的放空管II，放空管II上设有第六测温元件，第六测温元件用于测量放空管II内是否有蒸汽通过，若有，则表明冷凝器现有功率条件下已超负荷，需调整蒸汽流量或者冷凝器的运行功率。
进一步，风量调节支管的后端设有消音器。
进一步，扰流元件为静态混合器，静态混合器的长度为140mm～160mm。
进一步，密封构件为用于密封左侧的环形卡盘的封堵、封盖或者快装盲板。
本发明的优点：使用时，(1)密封构件与光滑套管、光滑内管配合用于无扰动条件下的传热实验测量，在做此实验时，湍流风输送管直接插在光滑内管的左端外壁上，光滑内管的左端与湍流风输送管的构成紧配合；(2)扰流元件与光滑套管、光滑内管配合用于有扰动条件下的传热实验测量，在做此实验时，拆下湍流风输送管，把扰流元件与光滑内管的左端连接，然后把湍流风输送管插在扰流元件上部的端口处，并采用抱箍进行紧固。通过本发明装置在做传热系数测定实验时，被测管：光滑内管，和用于蒸汽流通的光滑套管，均为同一套管；而且测定温度的第二测温元件、第三测温元件、第四测温元件、第五测温元件，蒸汽输送管、湍流风输送管以及其上的各个球阀、测压元件，均为相同部件，避免了多组被测内管、套管测量时，不同测量元器件元器件、不同长度的管道，所带来的大量不确定因数，去除这些扰动因数之后，使得新测量出的传热系数数据更为精确、可靠，数据的说服力强。
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为本发明的系统结构示意图；
图中，1、蒸汽发生器，2、蒸汽输送管，3、加水管，4、排水管，5、安全水封，6、光滑套管，7、光滑内管，8、扰流元件，9、盲板，10、放空管I，11、蒸汽回流干管，12、蒸汽回流支管，13、冷凝器，14、冷凝水回流干管，15、放空管II，16、冷凝水回流支管，17、视镜，18、旋涡风机，19、风量调节支管，20、消音器，21、湍流风输送管；
VA01：第一球阀，VA02：第二球阀，VA03：第三球阀，VA04：第四球阀，VA05：第五球阀，VA06：第六球阀；
VB01：第一调节阀，VB02：第二调节阀；
TI01：第一测温元件，TI02：第二测温元件，TI03：第三测温元件，TI04：第四测温元件，TI05：第五测温元件，TI06：第六测温元件，TI07：第七测温元件；
PI01：第一测压元件，PI02：第二测压元件，PI03：第三测压元件。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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付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。
实施例1：一种传热实验装置，如图1所示，包括蒸汽发生器1、光滑套管6、光滑内管7和旋涡风机18，光滑套管6的左右两端均设有可拆卸的环形卡盘，环形卡盘可采用带有插管的环板结构，环形卡盘的插管紧配合插入光滑套管6，光滑内管7的右端插在右侧的环形卡盘上，光滑内管7的右端与右侧环形卡盘的插管为紧配合连接，光滑内管7的左端与左侧的插管为松配合的连接结构；光滑套管6的左侧设有扰流元件8，扰流元件8的左端与盲板9固定连接，扰流元件8的右端插入光滑套管6内与光滑内管7的左端可拆卸密封连接；光滑套管6的左侧设有用于密封环形卡盘的密封构件，密封构件与光滑套管6、光滑内管7配合用于无扰动条件下的传热实验测量，扰流元件8与光滑套管6、光滑内管7配合用于有扰动条件下的传热实验测量；光滑套管6的左端设有第三测温元件TI03，光滑套管6的右端设有第四测温元件TI04，第三测温元件TI03和第四测温元件TI04配合用于测量光滑套管6内左右两端的蒸汽温差；
蒸汽发生器1的出气口连接有蒸汽输送管2，蒸汽输送管2的下部连接有加水管3，加水管3上设有第三球阀VA03。蒸汽输送管2上设有第四球阀VA04，蒸汽输送管2的另一端与光滑套管6的左端连通，光滑套管6的右端连接有蒸汽回流干管11，蒸汽回流干管11的后端通过三通同时连接有蒸汽回流支管12和冷凝水回流支管16，第五球阀VA05设在蒸汽回流支管12上，蒸汽回流支管12的后端与冷凝器13的进气口连接，冷凝器13的冷凝液出口连接有冷凝水回流干管14，冷凝水回流支管16为竖向设置，冷凝水回流支管16的下端与冷凝水回流干管14的水平段连接。冷凝水回流支管16的下部设有透明的视镜17，视镜17高于蒸汽发生器1的底部排水口大约250mm～350mm，本实施例采用视镜17高于蒸汽发生器1的底部排水口300mm，作为示例，蒸汽发生器1工作时，视镜17内的液面高度为视镜17本体的1/2～3/4区间；通过视镜17可以观察蒸汽发生器1内的液态水存量，当低于视镜17的显示时，需要在实验进行前向蒸汽发生器1加水。从光滑套管6流出的蒸汽-水混合液体，在冷凝水回流支管16的上端处分离，蒸汽进入蒸汽回流支管12，液态的水落入冷凝水回流支管16，最终进入冷凝水回流干管14进行回流，达到最大化的利用水资源的目的。冷凝水回流干管14的竖直段连接向上的放空管II15，放空管II15上设有第六测温元件TI06，第六测温元件TI06用于测量放空管II15内是否有蒸汽通过，若有，则表明冷凝器13现有功率条件下已超负荷，需调整蒸汽流量或者冷凝器13的运行功率。
蒸汽发生器1的上部设有第一测温元件TI01和第一测压元件PI01，蒸汽发生器1的底部排水口连接排水管4，排水管4的前部设有第一球阀VA01，蒸汽发生器1的上部连通有用于排汽泄压的泄压管，泄压管的后端与排水管4的中部连通，排水管4的中部设有安全水封5，排水管4的后背设有第二球阀VA02，排水管4的后端设有第六球阀VA06，冷凝水回流干管14与排水管4的前部连接，冷凝水回流干管14与排水管4的连接节点位于第一球阀VA01之前。
旋涡风机18的出风口连接有湍流风输送管21，湍流风输送管21的前部设有风量调节支管19、第七测温元件TI07和第二测压元件PI02，第二测压元件PI02位于风量调节支管19和湍流风输送管21连接节点的后方，第七测温元件TI07位于风量调节支管19和湍流风输送管21连接节点的后方，第七测温元件TI07和第二测温元件TI02配合用于测量湍流风输送管21的管道沿程热量损失系数。风量调节支管19上设有第一调节阀VB01，量调节支管19的后端设有消音器20。湍流风输送管21的后部设有第三测压元件PI03，湍流风输送管21的后端与扰流元件8的左端可拆卸连接，湍流风输送管21的后部靠近出风口处设有第二调节阀VB02，第二测压元件PI02和第三测压元件PI03配合用于第一调节阀VB01和第二调节阀VB02调节风量的结果对照，同时第二测压元件PI02和第三测压元件PI03配合也用以计算湍流风输送管21的管道沿程阻力系数，第二调节阀VB02与湍流风输送管21的出风口之间设有第二测温元件TI02，光滑内管7的右端连接有放空管I10，放空管I10靠近光滑内管7处设有第五测温元件TI05，第二测温元件TI02和第五测温元件TI05配合用于测量光滑内管7内左右两端的湍流风温差。
进一步，扰流元件8可采用长度约为140mm～160mm的静态混合器，光滑内管7采用内径为8mm的光滑铜管。
进一步，密封构件可采用封堵、封盖或者快装盲板，用于密封住环形盘。
操作步骤：(1)采用密封构件封住环形卡盘，进行无扰动条件下的传热实验测量：打开蒸汽发生器10min，使管道内蒸汽压力达到稳定；
(2)打开旋涡风机18，第二调节阀VB02全开，稳定3min；
(3)打开光滑管换热器进气阀门：第二调节阀VB02全开，调节第一调节阀VB01，从大到小依次调节风量，并记录温度、风量数据；
(4)有扰动条件下的传热实验测量：在做此实验前，关闭第一调节阀VB01、第二调节阀VB02、第四球阀VA04，拆下湍流风输送管21，把扰流元件8与光滑内管7的左端连接，然后把湍流风输送管21插在扰流元件8上部的端口处，并采用抱箍进行紧固；
(5)第二调节阀VB02全开，稳定3min；然后调节第一调节阀VB01，从大到小依次调节风量，并记录温度、风量数据。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不受上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种传热实验装置，其特征在于：包括蒸汽发生器(1)、光滑套管(6)、光滑内管(7)和旋涡风机(18)，光滑套管(6)的左右两端均设有可拆卸的环形卡盘，光滑内管(7)的右端插在右侧的环形卡盘上，光滑内管(7)的右端与右侧的环形卡盘为紧配合连接，光滑内管(7)的左端与左侧的环形卡盘为松配合连接，无扰动条件下的传热实验测量时，光滑套管(6)的左侧与光滑内管(7)之间设有用于密封环形卡盘的密封构件；有扰动条件下的传热实验测量时，光滑套管(6)的左侧设有扰流元件(8)，扰流元件(8)的左端与盲板(9)固定连接，扰流元件(8)的右端插入光滑套管(6)内与光滑内管(7)的左端可拆卸密封连接，光滑套管(6)的左侧与扰流元件(8)之间设有用于密封环形卡盘的密封构件；光滑套管(6)的左端设有第三测温元件(TI03)，光滑套管(6)的右端设有第四测温元件(TI04)，第三测温元件(TI03)和第四测温元件(TI04)配合用于测量光滑套管(6)内左右两端的蒸汽温差；
蒸汽发生器(1)的出气口连接有蒸汽输送管(2)，蒸汽输送管(2)上设有第四球阀(VA04)，蒸汽输送管(2)的另一端与光滑套管(6)的左端连通，光滑套管(6)的右端连接有蒸汽回流干管(11)，蒸汽回流干管(11)上设有第五球阀(VA05)，蒸汽回流干管(11)的另一端连接有冷凝器(13)，冷凝器(13)的冷凝液出口连接有冷凝水回流干管(14)，冷凝水回流干管(14)的另一端与蒸汽发生器(1)的底部排水管(4)连接；
旋涡风机(18)的出风口连接有湍流风输送管(21)，湍流风输送管(21)的前部设有风量调节支管(19)和第二测压元件(PI02)，第二测压元件(PI02)位于风量调节支管(19)和湍流风输送管(21)连接节点的后方，风量调节支管(19)上设有第一调节阀(VB01)，湍流风输送管(21)的后部设有第三测压元件(PI03)，无扰动条件下的传热实验测量时，湍流风输送管(21)直接插在光滑内管(7)的左端外壁上，光滑内管(7)的左端与湍流风输送管(21)构成紧配合；有扰动条件下的传热实验测量时，湍流风输送管(21)的后端与扰流元件(8)的左端可拆卸连接；湍流风输送管(21)的后部靠近出风口处设有第二调节阀(VB02)，第二测压元件(PI02)和第三测压元件(PI03)配合用于第一调节阀(VB01)和第二调节阀(VB02)调节风量的结果对照，同时第二测压元件(PI02)和第三测压元件(PI03)配合也用以计算湍流风输送管(21)的管道沿程阻力系数，第二调节阀(VB02)与湍流风输送管(21)的出风口之间设有第二测温元件(TI02)，光滑内管(7)的右端连接有放空管I(10)，放空管I(10)靠近光滑内管(7)处设有第五测温元件(TI05)，第二测温元件(TI02)和第五测温元件(TI05)配合用于测量光滑内管(7)内左右两端的湍流风温差。
2.如权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于：蒸汽发生器(1)的上部设有第一测温元件(TI01)和第一测压元件(PI01)，蒸汽发生器(1)的底部排水口连接排水管(4)，排水管(4)的前部设有第一球阀(VA01)，蒸汽发生器(1)的上部连通有用于排汽泄压的泄压管，泄压管的后端与排水管(4)的中部连通，排水管(4)的中部设有安全水封(5)，排水管(4)的后背设有第二球阀(VA02)，排水管(4)的后端设有第六球阀(VA06)，冷凝水回流干管(14)与排水管(4)的前部连接，冷凝水回流干管(14)与排水管(4)的连接节点位于第一球阀(VA01)之前。
3.如权利要求2所述的一种传热实验装置，其特征在于：蒸汽输送管(2)的下部连接有加水管(3)，加水管(3)上设有第三球阀(VA03)。
4.如权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于：湍流风输送管(21)的前部设有第七测温元件(TI07)，第七测温元件(TI07)位于风量调节支管(19)和湍流风输送管(21)连接节点的后方，第七测温元件(TI07)和第二测温元件(TI02)配合用于测量湍流风输送管(21)的管道沿程热量损失系数。
5.如权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于：蒸汽回流干管(11)的后端通过三通同时连接有蒸汽回流支管(12)和冷凝水回流支管(16)，第五球阀(VA05)设在蒸汽回流支管(12)上，蒸汽回流支管(12)的后端与冷凝器(13)的进气口连接，冷凝水回流支管(16)为竖向设置，冷凝水回流支管(16)的下端与冷凝水回流干管(14)的水平段连接。
6.如权利要求2所述的一种传热实验装置，其特征在于：冷凝水回流支管(16)的下部设有透明的视镜(17)，视镜(17)高于蒸汽发生器(1)的底部排水口250mm～350mm；蒸汽发生器(1)工作时，视镜(17)内的液面高度为视镜(17)本体的1/2～3/4。
7.如权利要求2所述的一种传热实验装置，其特征在于：冷凝水回流干管(14)的竖直段连接向上的放空管II(15)，放空管II(15)上设有第六测温元件(TI06)，第六测温元件(TI06)用于测量放空管II(15)内是否有蒸汽通过，若有，则表明冷凝器(13)现有功率条件下已超负荷，需调整蒸汽流量或者冷凝器(13)的运行功率。
8.如权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于：风量调节支管(19)的后端设有消音器(20)。
9.如权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于：扰流元件(8)为静态混合器，静态混合器的长度为140mm～160mm。
10.如权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于：密封构件为用于密封左侧的环形卡盘的封堵、封盖或者快装盲板。
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