CN116399412B - 一种填料实验平台管道内风量的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种填料实验平台管道内风量的测量方法是按照等面积环的方法布置相应的测点；对各个测点的动压进行测试，对不同风机频率下各测点的动压进行测试；计算测点的空气流动速度值；对同等风机频率下各测点的空气流动速度值求取平均速度；对不同风机频率下管道中心点的动压进行测试，并换算为管道中心点的空气流动速度值；根据中心点的空气流动速度值，拟合管道的平均速度值，得出中心点的空气流动速度值与平均速度值的线性关系曲线；根据线性关系曲线只需测试中心点的速度，即可得平均流速，根据管道的面积即可计算当前的管道风量，实现了固定测点的测试数据能够精准的转化为管道内的实际风量数据，大大提升测试效率和测试结果的准确性。
Description
技术领域
本发明是一种填料实验平台管道内风量的测量方法，属于管道测量技术领域。
背景技术
填料实验平台能够精确地测试填料的各项参数，对冷却塔行业产品升级和冷却填料的研发推广具有重要作用。经实际测试，填料就是通过空气与水的热交换实现给冷却水降温的目的，因此，在填料风量的大小对填料热力性能的评估影响很大，但管内风量的测量过程十分繁琐，严重影响填料测试效率。
受到管道内壁摩擦阻力影响，管道内的风速分布不是完全相同的，靠近管道中心侧风速较大，靠近管道内壁侧风速较小，不同测点位置的测量数据反馈的风量结果相差很大，影响最终的填料测试结果。
现在常用的技术是在设备正式使用之前确定好风机频率和风量间的对应关系，通过设定特定频率使系统内风量达到给定值，但是不同的填料其波纹、片距都不一样，其阻力都不一样，因此在相同的风机频率下，测试不同填料时系统内实际风量是有一定差别的，需要在进风口前用风速仪等风量测量设备确定实际风量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种填料实验平台管道内风量的测量方法，通过某一固定测点的测试数据准确反馈管道内实际风量的测试方法。通过测试不同工况下管道内实际风量与固定测点的测试数据进行拟合，从而实现固定测点的测试数据能够精准的转化为管道内的实际风量数据，大大提升填料实验平台的测试效率和测试结果的准确性。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种填料实验平台管道内风量的测量方法，包括以下步骤：
按照等面积环的方法布置相应的测点，等面积环的选取方式为：以测点管道截面圆心为起点，到管内壁为半径，在半径上选取距离相同的测点；
采用皮托管对各个测点的动压进行测试，对不同风机频率下各测点的动压进行测试；
需要在测试点前部或后部测量空气的干湿球温度，根据测量的干湿球温度，计算当前湿空气的密度，根据测点的动压值和湿空气的密度，计算测点的空气流动速度值；
对同等风机频率下各测点的空气流动速度值求取平均速度；
对不同风机频率下管道中心点的动压进行测试，并换算为管道中心点的空气流动速度值；
根据中心点的空气流动速度值，拟合管道的平均速度值，得出中心点的空气流动速度值与平均速度值的线性关系曲线；
根据拟合后的线性关系曲线只需要测试中心点的速度，即可得管道的平均流速，根据管道的面积即可计算当前的风量。
进一步的，所述测量方法适用的管道为圆形管道，管道内径为20mm到500mm。
进一步的，所述测点与管道中心的距离按照如下公式计算：
；
其中——从管中心到各等面环测点的距离(m)；
——测量断面管道内半径(m)；
——从管中心算起的测点序号；
——等面积环数(个)。
进一步的，每个所述的等面积环的面积不大于0.02m2，等面环面积=通道总面积/等面环个数。
进一步的，所述空气流动速度值的计算方法如下：
；
式中：
——各测点的动压（Pa）；
ρa——风量测试断面空气的密度（kg/m3）。
进一步的，所述中心点速度为V1，平均速度值为y，通过实际测量数据得到y=aV1+b的线性关系曲线，后续就能通过中心点速度V1的值得到平均速度y的值。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
可以有效准确的测出管道内实际风量，通过一个固定测点的测试数据反馈管道内风量，避免繁杂的测试和计算步骤，提高工作效率，通过测试不同工况下管道内实际风量与固定测点的测试数据进行拟合，从而实现固定测点的测试数据能够精准的转化为管道内的实际风量数据，在1.2-0.6倍风速区间内进行不同位置的风速测量，在这个区间内可以进行多组测试，多组数据支撑，大大提升填料实验平台的测试效率和测试结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明中测试点所在的装置结构示意图；
图2为本发明中拟合对应的曲线关系图。
具体实施方式
实施例1，如图1所示，一种填料实验平台管道内风量的测量方法，所述的管道为圆形管道，管道内径为20mm到500mm，包括以下步骤：
按照等面积环的方法布置相应的测点，等面积环的选取方式为：以测点管道截面圆心为起点，到管内壁为半径，在半径上选取距离相同的测点，并且保证以测点之间的等面环面积不大于0.02平方米，测点与管道中心的距离按照如下公式计算：
；
其中——从管中心到各等面环测点的距离(m)；
——测量断面管道内半径(m)；
——从管中心算起的测点序号；
——等面积环数(个)。
每个所述的等面积环的面积不大于0.02m2，等面环面积=通道总面积/等面环个数。
采用皮托管对各个测点的动压进行测试，对不同频率下管道测点的动压进行测试，风机频率不同管道内风量也不同，通过不同频率下测得的动压数据，为后续数值关系拟合提供数据支撑，同时皮托管需要采用橡胶塞固定，防止皮托管移动。
需要在测试点前（或后）部测量空气的干湿球温度，根据测量的干湿球温度，计算当前湿空气的密度。根据测点的动压值和湿空气的密度，按照如下公式计算测点的空气流动速度值。
；
式中：
——各测点的动压（Pa）；
ρa——风量测试断面空气的密度（kg/m3）。
对同等风机频率下各测点的空气流动速度值求取平均速度值；
对不同风机频率下管道中心点的动压进行测试，并换算为管道中心点的空气流动速度值。
根据中心点的空气流动速度值，拟合管道的平均速度值，以中心点速度为V1，平均速度值为y，通过实际测量数据得到y=aV1+b的线性关系曲线，后续就能通过中心点速度V1的值得到平均速度y的值。
数据拟合的均方差R2=1，匹配度较高，根据拟合的公式，仅需要测试中心点的速度，即可得管道的平均风速，根据管道的面积即可计算当前的风量，管道风量=平均风速*管道面积*时间。
用数学关系表示实际测量数据和通过拟合出的数据间的偏离程度，R2=1表示实际测量数据和通过拟合出的数据几乎完全相同。
皮托管的正负端通过软管与变压器连接，通道内的风量在皮托管内转化为空气动压信息，并以空气压力动压的形式通过软管传递至变压器，变压器将空气的动压信号转化为电信号传输到信号采集模块，信号采集模块将变压器的电信号进行处理，并将处理后的电信号传至计算机，计算机根据电信号得到管道内皮托管测得的空气动压数据，并根据通道内空气干湿球参数及通道截面积计算得到通道内风量。
实际应用过程中，输入实验所需的设计风量参数并启动风机，风机变频器会逐渐提高风机电机的工作频率。于此同时，通道内的实际风量被反馈至计算机内与设计风量进行比较，若实际风量低于设计风量，风机变频器继续提高风机的工作频率；若实际风量高于设计风量，风机变频器则降低风机的工作频率，最终实现实际风量和设计风量相同。
下面以一个具体的实施进行说明。测试的管道内径为300mm，划分的等面积环为4个，测点为8个，等面积环的面积为0.071m2，单个环的面积为0.0177m2。
计算管道中心与测点的位置距离如下：
根据现场实测的干球温度为15.85℃，湿球温度为11.5℃，实时大气压力为101.5kPa。根据湿空气的性质，计算湿空气的密度为1.1296kg/m3。
调整风机分别在20HZ、30HZ、40HZ、45HZ，采用皮托管分别对当前8个测点的动压进行测试，汇总的表格如下：
同时需要可对不同频率下管道中心点的动压进行测试，换算到速度值如下：
根据中心点的速度，拟合当前的平均速度值，对用的表格如下：
拟合对应的曲线关系如图2所示， 数据拟合的均方差R2=1，匹配度较高，根据拟合的公式，仅需要测试中心点的速度，即可得管道的平均流速，根据管道的面积即可计算当前的风量。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (3)
1.一种填料实验平台管道内风量的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
按照等面积环的方法布置相应的测点，等面积环的选取方式为：以测点管道截面圆心为起点，到管内壁为半径，在半径上选取距离相同的测点；
对各个测点的动压进行测试，对不同风机频率下各测点的动压进行测试；
在测试点前部或后部测量空气的干湿球温度，根据测量的干湿球温度，计算当前湿空气的密度，根据测点的动压值和湿空气的密度，计算测点的空气流动速度值；
对同等风机频率下各测点的空气流动速度值求取平均速度值；
对不同风机频率下管道中心点的动压进行测试，并换算为管道中心点的空气流动速度值；
根据中心点的空气流动速度值，拟合管道的平均速度值，得出中心点的空气流动速度值与平均速度值的线性关系曲线；
根据拟合后的线性关系曲线只需要测试中心点的空气流动速度值，即可得管道的平均速度值，根据管道的面积即可计算当前的管道风量；
各个测点的动压采用皮托管对进行测试，皮托管的正负端通过软管与变压器连接，通道内的风量在皮托管内转化为空气动压信息，并以空气压力动压的形式通过软管传递至变压器，变压器将空气的动压信号转化为电信号传输到信号采集模块，信号采集模块将变压器的电信号进行处理，并将处理后的电信号传至计算机，计算机根据电信号得到管道内皮托管测得的空气动压数据，并根据通道内空气干湿球参数及通道截面积计算得到通道内风量；
输入实验所需的设计风量参数并启动风机，风机变频器会逐渐提高风机电机的工作频率，通道内的实际风量被反馈至计算机内与设计风量进行比较，若实际风量低于设计风量，风机变频器继续提高风机的工作频率；若实际风量高于设计风量，风机变频器则降低风机的工作频率，最终实现实际风量和设计风量相同；
所述测点与管道中心的距离按照如下公式计算：
；
其中——从管中心到各等面环测点的距离(m)；
R——测量断面管道内半径(m)；
n——从管中心算起的测点序号；
m——等面积环数(个)；
每个所述的等面积环的面积不大于0.02m2，等面环面积=通道总面积/等面环个数；
所述空气流动速度值的计算方法如下：
；
式中：
——各测点的动压（Pa）；
ρa——风量测试断面空气的密度（kg/m3）；
所述中心点速度为V1，平均速度值为y，通过实际测量数据得到y=aV1+b的线性关系曲线，后续就能通过中心点速度V1的值得到平均速度y的值。
2.如权利要求1所述的一种填料实验平台管道内风量的测量方法，其特征在于：所述测量方法适用的管道为圆形管道，管道内径为20mm到500mm。
3.如权利要求1所述的一种填料实验平台管道内风量的测量方法，其特征在于：所述管道风量可根据管道的面积进行计算，管道风量=平均风速值*管道面积*时间。
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