CN112664836A - 一种用于结冰模拟试验设备的换热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于防除冰试验技术领域，涉及一种用于结冰模拟试验设备的换热装置及方法。本发明结冰模拟设备的换热装置包括换热器、入口及出口管路、入口及出口温度传感器、粗调阀、精调阀、流量计及流量控制阀等。根据试验要求预设流量值，通过流量控制阀控制进入换热器的制冷剂流量；根据换热器出口制冷剂温度值，通过掺混及加热方式实时调节入口制冷剂温度，实现前反馈控制；设置粗调、精调阀门及电加热器，缩短温度稳定时间，提高温度控制精度。本发明效果良好，能够有效实现结冰试验时的温度精确控制，保证试验结果的准确性和有效性。

Description

一种用于结冰模拟试验设备的换热装置及方法

技术领域

本发明属于防除冰试验技术领域，涉及一种用于结冰模拟试验设备的换热装置及方法。

背景技术

进行结冰及防除冰地面模拟试验时，温度是一项很重要的指标。不同温度下，结冰类型、结冰形状都有较大差异。环境温度对防除冰所需功率也影响很大，因此试验时必须保证试验温度精确稳定。而实际试验时，由于喷雾产生的大量水气热负荷，以及加热防除冰时的短时间大负荷，以及试验过程中开门测量等其它因素的影响，都容易造成温度的快速升高，影响试验结果。

本发明正是针对结冰及防除冰试验的具体情况，设置了专门的换热装置，有效保证温度精确控制，满足试验要求。

发明内容

本发明的目的是：提供一种适用于结冰试验地面模拟设备的换热装置，可以有效实现试验设备内的温度精确控制，保证试验效果。

另外，基于所述换热装置，本发明还提供一种结冰试验地面模拟换热方法。

本发明的技术方案是：一种用于结冰模拟试验设备的换热装置，其包括换热器1、供液管路10、出液管路3、储液罐6、供液温度传感器11、出口温度传感器2、粗调阀4、精调阀5、流量计8、流量控制阀7、加热器9，

换热器1入口和出口分别与供液管路10和出液管路3相连，出口设置出口温度传感器2，入口设置供液温度传感器11；

流量计8、流量控制阀7均设置在供液管路10上，先通过流量控制阀7调节流量后，再通过流量计8测量流量；

粗调阀4和精调阀5并联设置在出液管路3上，阀门出口分为两路，一路回流至储液罐6，重新制冷进入循环，另一路连接到供液管路10流量控制阀7前的位置，使得储液罐6中的制冷剂与粗调阀4和精调阀5的供液汇合流入到供液管路10中，通过混合出液管路3中较高温度制冷剂与储液罐6中低温制冷剂，能够获得满足试验要求的不同温度制冷剂，并且能够有效节约制冷剂加温所需要的能量；

加热器9为电加热管，置于供液管路10中，在流量计8的出口位置后，用于对供液温度进行精确调节，缩短温度稳定时间，提高温度控制精度。

所述的换热器1为铜管铝翅片，采用椭圆管翅片形式。翅片前厚后薄，前疏后密布置，有效保证换热面积，并避免在喷雾结冰试验时，出现换热器结冰堵塞现象。

所述的换热器1分为前后两组，根据需要控制不同换热器组工作，有效节约能耗。每组换热器采用多个模块布置，具体模块个数由截面尺寸决定，能够提高截面换热均匀性，保证温度控制精度。

所述粗调阀4和精调阀5均与主控系统连接，主控系统根据出口温度传感器2温度值，分别控制选择粗调阀4或精调阀5工作。

当出口温度传感器2显示温度与预设入口制冷温度差大于5℃时，粗调阀4工作，温度小于等于5℃时切换为精调阀5工作，从而能够更好的控制供液温度精度。

所述储液罐6连接有制冷压缩机组12。

一种基于权力所述的换热装置的结冰模拟试验换热方法，其操作过程如下：首先根据试验要求预设制冷剂流量值和温度值，通过流量控制阀7调节流量，通过流量计8测量和显示流量，试验过程中流量固定不再进行调节；再根据换热器1出口制冷剂温度及预设入口制冷剂温度值，采用冷热混流和加热控温方式实时调节；当出口制冷剂温度与预设温度差大于5℃时，采用粗调阀4工作，温度小于等于5℃时切换为精调阀5工作；精调阀5工作时，同时开启电加热器8，缩短温度稳定时间，提高温度控制精度；入口制冷剂温度达到预设温度值后系统稳定工作，并根据温度变化实时调节。

主控系统根据实时测量的换热器出口温度、储液罐内温度及换热效率等，综合计算出流量分配比率，再通过控制阀出口与储液罐之间的制冷剂流量相对量，实现对温度的精确控制。

本发明的优点是：

本发明通过测量换热器出口制冷剂温度，能够在试验设备内温度过高或过低时，实现制冷系统主机的快速加减载，缩短调节时间；通过设置流量计和调节阀，精确控制制冷剂流量；通过精确控制制冷剂温度实现结冰试验的温度精确控制，保证试验结果的有效性。

附图说明

图1是本发明用于结冰模拟试验设备的换热装置的结构示意图，

图中：1.换热器；2.出口温度传感器；3.出液管路；4.粗调阀；5.精调阀；6.储液罐；7.流量控制阀；8.流量计；9.加热器；10.供液管路；11.供液温度传感器；12.制冷机组。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。

请参阅图1，本发明用于结冰模拟试验设备的换热装置，可用于冰风洞、结冰气候室等试验设备，其包括换热器、供液管路、出液管路、储液罐、供液温度传感器、出口温度传感器、粗调阀、精调阀、流量计、流量控制阀、加热器。

其中，所述换热器用于实现试验设备内部的热交换，换热器为铜管铝翅片，采用椭圆管翅片形式，翅片前厚后薄，采用前疏后密的布置形式，有效保证换热面积及换热效果，并且避免结冰试验来流水含量较大时，换热器结冰造成堵塞。

同时，所述换热器分为前后两组，根据不同试验要求分别开启控制，可以有效降低能耗。每组采用多个布置，本实施例中，每组4个，有效保证了整个截面的换热效果及温度均匀性。

所述入口管路和出口管路为常规管路，连接各部件，用于制冷剂进入及流出换热器，实现循环换热。所述流量控制阀，为流量阀门用于控制制冷剂流量，流量计则用于监测及显示进入换热器的制冷剂流量，以便于实现制冷剂流量精确控制。所述粗调阀门和精调阀门为不同流量孔径的阀门，二者并联设置，并由主控系统根据出口温度切换控制，用来控制制冷剂掺混流量，最终得到不同制冷剂温度。

所述加热器为电加热管，也可以为其它加热设备，置入供液管路中，以精确控制制冷剂供液温度。

本发明结冰试验地面模拟设备的换热设备，根据换热器出口制冷剂温度实时调节换热器入口制冷剂温度，实现前反馈控制方式，提高温度控制反应速度；流量计、流量控制阀均设置在供液管路上，根据试验要求预设流量值，先通过流量控制阀调节流量，再通过流量计测量流量，保证进入换热器的制冷剂流量满足要求，有效控制温度范围；采用混流和加热控温方式调节换热器供液温度，配置粗调阀和精调阀，两个控制阀门并联设置在出液管路上，阀门出口分为两路，一路回流至储液罐，一路连接到供液管路流量计前的位置。加热器在供液管路上流量计的出口位置处。降温初期粗调阀工作，供液温度接近时切换为精调阀工作，同时开启电加热器，缩短温度稳定时间，提高温度控制精度。

实施例1：

在冰风洞中进行产品结冰试验，要求试验温度为－15℃。根据前期标定的数据，设定入口制冷剂温度－25℃；此时冰风洞试验段的温度18℃，测量换热器出口制冷剂温度为20℃，控制粗调阀开启，制冷系统持续工作1h，换热器出口温度为－20℃时，将粗调阀切换为精调阀工作，并启动加热器，使入口制冷剂温度到达到并稳定在－25℃±1℃。此时开始进行结冰试验，热负荷增加后观测到换热器出口温度迅速升高至－14℃，此时立即调节控制阀使入口供液温度又迅速恢复至－25℃。虽然有大量的热水和热空气喷入，但冰风洞试验段的温度在10s内即恢复到正常状态，整体的温度波动在±1℃的范围内，实现试验室温度的快速稳定，保证了冰风洞试验的试验效果。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神本质所做出的等同变换或修饰，都应涵盖本发明的保护范围内。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种用于结冰模拟试验设备的换热装置，其特征在于，包括换热器(1)、供液管路(10)、出液管路(3)、储液罐(6)、供液温度传感器(11)、出口温度传感器(2)、粗调阀(4)、精调阀(5)、流量计(8)、流量控制阀(7)、加热器(9)；

换热器(1)入口和出口分别与供液管路(10)和出液管路(3)相连，出口设置出口温度传感器(2)，入口设置供液温度传感器(11)；

流量计(8)、流量控制阀(7)均设置在供液管路(10)上，先通过流量控制阀(7)调节流量后，再通过流量计(8)测量流量；

粗调阀(4)和精调阀(5)并联设置在出液管路(3)上，阀门出口分为两路，一路回流至储液罐(6)，一路连接到供液管路(10)流量控制阀(7)前的位置，储液罐(6)出口与粗调阀(4)和精调阀(5)的供液出口汇合流入到供液管路中；

加热器(9)在供液管路上，流量计的出口位置处。

2.根据权利要求1所述的换热器(1)，其特征是，所述的换热器(1)为铜管铝翅片，采用椭圆管翅片形式，翅片前厚后薄，布置为前疏后密。

3.根据权利要求1所述的换热器(1)，其特征是，所述的换热器(1)分为前后两组，每组采用多个布置，具体个数由截面尺寸决定。

4.根据权利要求1所述的用于结冰模拟试验设备的换热装置，其特征在于，所述粗调阀(4)和精调阀(5)均与主控系统连接，该主控系统根据出口温度传感器(2)温度值，分别控制选择粗调阀(4)或精调阀(5)工作。

5.根据权利要求1所述的用于结冰模拟试验设备的换热装置，其特征在于，当出口制冷剂温度与预设入口制冷温度差大于5℃时，粗调阀(4)工作，温度小于等于5℃时切换为精调阀(5)工作。

6.根据权利要求1所述的用于结冰模拟试验设备的换热装置，其特征在于，加热器(9)为电加热管加热，置于供液管路中。

7.根据权利要求1所述的用于结冰模拟试验设备的换热装置，其特征在于，所述储液罐(6)与制冷压缩机组(12)连接。

8.一种基于权利要求1至7任一项所述的换热装置的结冰模拟试验换热方法，其特征在于，首先根据试验要求预设制冷剂流量值和温度值，通过流量控制阀(7)调节流量，通过流量计(8)测量和显示流量，试验过程中流量固定不再进行调节；再根据换热器(1)出口制冷剂温度及预设入口制冷剂温度值，采用冷热混流和加热控温方式实时调节；当出口制冷剂温度与预设温度差大于5℃时，采用粗调阀(4)工作，温度小于等于5℃时切换为精调阀(5)工作；精调阀(5)工作时，同时开启电加热器(8)，缩短温度稳定时间，提高温度控制精度；入口制冷剂温度达到预设温度值后系统稳定工作，并根据温度变化实时调节。

9.根据权利要求8所述的结冰模拟试验换热方法，其特征在于，主控系统根据实时测量的换热器(1)出口温度、储液罐(6)内温度及换热效率等，综合计算出流量分配比率，再通过控制阀出口与储液罐(6)之间的制冷剂流量相对量，实现对温度的精确控制。

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