CN207923759U - 一种测量气液组分导热系数的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种测量气液组分导热系数的装置，可实现温度、压力（或浓度）可控工况下，同时测量气、液两态的导热系数。所述测量装置，包括测试本体、气相导热系数测试仪、冷凝盘管、液相导热系数测试仪、第一截止阀、数据采集仪、水箱、溶液泵、第二截止阀、换热器、液相温度传感器、温控器、加热盘管、气相温度传感器、恒压阀、压力传感器；冷凝盘管固定连接在测试本体内腔中，冷凝盘管的出水端通过第一管路与水箱的第一进水端连接；水箱的出水端通过第二管路与换热器的进水端连接；换热器的出水端与冷凝盘管的进水端连接；加热盘管固定连接在测试本体内腔中，温控器与加热盘管连接。
Description
技术领域
本实用新型属于气液组分性能测量领域，具体来说，涉及一种测量气液组分导热系数的装置。
背景技术
导热系数是物质最基本的热物理性质之一。在能源、化工、制冷等行业有着广泛的应用。热工流体尤其是在热工装置（如蒸发器、冷凝器、发生器、精馏器等）中经常处于气、液共存状态。此时，换热设备中的温度、压力、体积（或温度、压力、浓度）处于稳态或非稳态。如何能够准确测得瞬态或稳态下气液两相介质的导热系数，是进行传热计算的前提，并成为确保在换热设备合理设计的关键因素之一。
目前，市场上的导热系数测试仪，一般只能满足常温工况下的测试条件。尤其是当被测试液体为易挥发液体或混合溶液（如氨水溶液、溴化锂、氯化锂水溶液或纳米流体等）时，压力和浓度随着温度的改变而变化，而温度和浓度的变化会使得导热系数发生变化。现有的导热系数测试仪器无法同时满足温度、压力或浓度需求的稳态工况条件下的导热系数测量。
发明内容
技术问题：本实用新型解决的技术问题在于针对现有技术不足，提出一种测量气液组分导热系数的装置，可实现温度、压力（或浓度）可控工况下，同时测量气液两态的导热系数。
技术内容：为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的技术方案为：
一种测量气液组分导热系数的装置，包括测试本体、气相导热系数测试仪、冷凝盘管、液相导热系数测试仪、第一截止阀、数据采集仪、水箱、溶液泵、第二截止阀、换热器、液相温度传感器、温控器、加热盘管、气相温度传感器、恒压阀、压力传感器；气相导热系数测试仪和液相导热系数测试仪分别安装于测试本体上；使用时，气相导热系数测试仪位于测试本体中的液位上方，液相导热系数测试仪位于测试本体中的液位下方；冷凝盘管固定连接在测试本体内腔中，冷凝盘管的出水端通过第一管路与水箱的第一进水端连接，第一截止阀连接在第一管路中；水箱的出水端通过第二管路与换热器的进水端连接，溶液泵和第二截止阀分别连接在第二管路中；换热器的出水端与冷凝盘管的进水端连接；加热盘管固定连接在测试本体内腔中，温控器与加热盘管连接；液相温度传感器和气相温度传感器分别固定连接在测试本体上；恒压阀通过第三管路与测试本体连通；压力传感器固定连接在测试本体的顶部；压力传感器、液相温度传感器、气相温度传感器、恒压阀、气相导热系数测试仪、液相导热系数测试仪的数据输出端分别与数据采集仪的数据输入端连接。
作为优选例，所述的测量气液组分导热系数的装置，还包括视镜，所述视镜与测试本体固定连接。
作为优选例，所述视镜至少为三个，其中，第一个视镜与冷凝盘管相对，第二个视镜与测试本体内的液面相对；第三个视镜位于测试本体的顶部。
作为优选例，所述的测量气液组分导热系数的装置，还包括照明灯，照明灯的出光面与第三个视镜相对。
作为优选例，所述的测量气液组分导热系数的装置，还包括第四管路和旁通阀，第四管路的一端与第二管路连接，第四管路的另一端与水箱的第二进水端连接，旁通阀连接在第四管路中。
作为优选例，所述测试本体、水箱、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路均设有外壁保温层。
作为优选例，所述的测量气液组分导热系数的装置，还包括安全阀，所述安全阀固定连接在测试本体顶部，且与测试本体连通。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下有益效果：本实用新型实施例的测试装置能实现一元溶液、二元溶液、多元溶液及混合溶液（如纳米流体等）达到所需指定温度、压力及浓度稳态工况下的气态和液态导热系数的测量。同时，本实施例的测量装置解决了易挥发液体在较宽温度、压力范围内导热系数的测试要求。现有技术中，为敞开式测量装置，温度调节范围有限，且不能恒定压力。本实施例的测量装置为封闭式结构。装置内兼具加热和冷凝两个环节，可实现较大温区、较宽压力范围内温度和压力的调节。
附图说明
图1为本实用新型实施例的装置的结构示意图。
图中有：测试本体1、气相导热系数测试仪2、冷凝盘管3、液相导热系数测试仪4、第一截止阀5、数据采集仪6、水箱7、溶液泵8、旁通阀9、第二截止阀10、换热器11、液相温度传感器12、温控器13、加热盘管14、视镜15、气相温度传感器16、恒压阀17、安全阀18、照明灯19、压力传感器20。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例做详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下属的实施例。
如图1所示，本实用新型实施例的一种测试气液组分导热系数的装置，包括测试本体1、气相导热系数测试仪2、冷凝盘管3、液相导热系数测试仪4、第一截止阀5、数据采集仪6、水箱7、溶液泵8、第二截止阀10、换热器11、液相温度传感器12、温控器13、加热盘管14、气相温度传感器16、恒压阀17和压力传感器20。气相导热系数测试仪2和液相导热系数测试仪4分别安装于测试本体1上；使用时，气相导热系数测试仪2位于测试本体1中的液位上方，液相导热系数测试仪4位于测试本体1中的液位下方。冷凝盘管3固定连接在测试本体1内腔中，冷凝盘管3的出水端通过第一管路与水箱7的第一进水端连接，第一截止阀5连接在第一管路中。水箱7的出水端通过第二管路与换热器11的进水端连接，溶液泵8和第二截止阀10分别连接在第二管路中。换热器11的出水端与冷凝盘管3的进水端连接。加热盘管14固定连接在测试本体1内腔中，温控器13与加热盘管14连接。液相温度传感器12和气相温度传感器16分别固定连接在测试本体1上。恒压阀17通过第三管路与测试本体1连通；压力传感器20固定连接在测试本体1的顶部。压力传感器20、液相温度传感器12、气相温度传感器16、恒压阀17、气相导热系数测试仪2、液相导热系数测试仪4的数据输出端分别与数据采集仪6的数据输入端连接。
上述实施例的测试气液组分导热系数的装置中，在测试本体1中盛装待测溶液。待测溶液可为一元溶液（如水、乙醇、制冷剂、油类等）、二元溶液（如氨水、溴化锂水溶液、氯化锂水溶液、二元混合制冷剂等）、多元溶液（多元混合制冷剂或溶液等）、混合溶液（如添加纳米或微小颗粒物的溶液）等。待测溶液可为共沸溶液，也可为非共沸溶液。
部分待测溶液在测试本体1中挥发呈气态，仍位于测试本体1中。气相导热系数测试仪2用于测量气体的导热系数。液相导热系数测试仪4用于测量液体的导热系数。
冷凝盘管3、水箱7、换热器11构成冷凝装置。冷凝装置对测试本体1内气体进行温度调节。具体来讲，对于一元溶液来说，当温度恒定时，压力也达到平衡，此时调节温度也调节了压力；当溶液为二元或多元时，温度、压力和浓度三者为统一体，即确定三个参数中的两个参数达到稳态时，第三个参数也确定了。
温控器13和加热盘管14构成加热装置。加热装置对位于测试本体1中的溶液进行加热。加热装置对溶液进行加热，改变了溶液的温度，也改变了溶液的浓度。
通过第一截止阀5和第二截止阀10调节冷凝装置中冷凝水的流量。恒压阀17用来调节测试本体1中气体压力，使得测试本体1中压力能够恒定于测试所需压力。
上述实施例通过调节冷凝装置中的冷凝水流量和加热装置的加热功率，使得测试本体1中的气液组分处于不同的温度和压力工况下，实现对气液两态的导热系数测量。该实施例的装置，可以测量较大区间的温度和压力工况下的气液两态的导热系数。本装置采用封闭空间内，兼具加热和冷凝两个环节，可达到较大温区、较宽压力范围内温度和压力的调节。
数据采集仪6采集压力传感器20、液相温度传感器12、气相温度传感器16中的数据，当测试本体1中的压力和温度达到测量所需工况时，数据采集仪6采集气相导热系数测试仪2、液相导热系数测试仪4中的数据，获取气相导热系数和液相导热系数。
数据采集仪6采集压力传感器20、液相温度传感器12、气相温度传感器16中的数据后，当测试本体1中的压力和温度不能达到测量所需工况时，通过调节加热盘管14加热量（即调节温控器13）、冷凝水回路水流量（即调节旁通阀9开度），以及恒压阀17开度，使得测试本体1中的压力和温度满足测量所需工况。再通过数据采集仪6采集气相导热系数测试仪2、液相导热系数测试仪4中的数据，获取气相导热系数和液相导热系数。
作为优选例，所述的测试气液组分导热系数的装置，还包括视镜15，视镜15与测试本体1固定连接。更加优选的，所述视镜15至少为三个，其中，第一个视镜15与冷凝盘管3相对，第二个视镜15与测试本体1内的液面相对；第三个视镜15位于测试本体1的顶部。通过第三个视镜可为测试本体1内提供照明。通过第一个视镜15可观测冷凝盘管3外侧气体的冷凝情况。通过第二个视镜15可观测加热盘管14外侧液体的加热蒸发情况。
作为优选例，所述测试气液组分导热系数的装置，还包括照明灯19，照明灯19的出光面与第三个视镜15相对。照明灯19的出光面与第三个视镜15相对，使得照明灯19射出的光线可以照射到测试本体1中的溶液，便于测量人员通过第一个视镜15和第二个视镜15更加清楚的观察。
作为优选例，所述的测试气液组分导热系数的装置，还包括第四管路和旁通阀9，第四管路的一端与第二管路连接，第四管路的另一端与水箱7的第二进水端连接，旁通阀9连接在第四管路中。
冷凝盘管3、第一截止阀5、第二截止阀10、水箱7、溶液泵8、换热器11和旁通阀9组成冷凝水回路。冷凝热在换热器11中由冷却水回路中的冷却水带至冷却塔散热释放于大气中。
作为优选例，所述测试本体1、水箱7、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路均设有外壁保温层。设置保温层的目的是为整个测量装置保温，以防热损失，便于维持所需测试工况（温度、压力）的恒定，从而使得测量导热系数更加准确。
作为优选例，所述测试气液组分导热系数的装置，还包括安全阀18，安全阀18固定连接在测试本体1顶部，且与测试本体1连通。设置安全阀18的目的是可以事先设定测量装置所能承受最大压力（即允许最大压力）。当测试本体1内压力超出系统允许最大压力时，安全阀18即迅速打开释放压力，以防出现爆炸等应急情形。
本实用新型实施例还提供一种测试气液组分导热系数的方法，包括：
第一步：测量装置保持密封状态，对测试本体1进行抽真空处理；
第二步：向测试本体1中充注待测溶液，待测溶液的液位浸没加热盘管14；
第三步：开启换热器11中的冷却水回路；开启第一截止阀5、旁通阀9和第二截止阀10，冷凝水在冷凝盘管3、水箱7和换热器11中循环流动；开启温控器13，对加热盘管14进行加热处理；
第四步：调节温控器13的功率，并调节冷凝水流量，使得待测溶液的温度、压力达到平衡状态；通过数据采集仪6获取待测溶液的气相、液相导热系数测试值；
第五步：返回第四步，改变温控器13的功率和冷凝水流量，获得待测溶液在不同温度和压力下的气相、液相导热系数测试值，直至测量结束。
上述实施例的方法中，作为优选例，第四步具体包括：通过温控器13调节加热盘管14加热量；通过调节旁通阀9开度，调控冷凝水回路水流量；控制恒压阀17开度，从而使得待测溶液的温度、压力达到平衡状态，满足测量所需工况。
上述实施例的测量装置，可以同时测得待测溶液的气相与液相的导热系数，还可以在不同的平衡态工况下，测试气态组分和液态组分的导热系数。
上述实施例的测量装置中，被测液体的温度、压力和浓度可以恒定，且可调节。其方法具体是：加热盘管14加热测试本体1中的待测溶液，使得待测溶液蒸发或沸腾出气体（或低沸点组分）；启动溶液泵8，冷凝水从水箱7经由溶液泵8、换热器11循环至冷凝盘管3，带走测试本体1中上部空间蒸发出的气体的热量，使得部分气体在冷凝盘管3外表面冷却冷凝，冷凝热在换热器11中被冷却水系统带走至冷却塔。测试本体1内的温度和压力被温控器13和冷凝盘管3内水流量控制，最终达到气液两态测试所需的温度和压力。测试本体1内的温度和压力可以通过调节加热盘管14加热量（即调节温控器13）、冷凝水回路水流量（即调节旁通阀9开度），以及恒压阀17开度，最终达到气、液两态测试所需的温度和压力。若为二元或多元溶液，温度、压力的控制可以确定所需浓度测试要求。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本实用新型不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种测量气液组分导热系数的装置，其特征在于，该装置包括测试本体（1）、气相导热系数测试仪（2）、冷凝盘管（3）、液相导热系数测试仪（4）、第一截止阀（5）、数据采集仪（6）、水箱（7）、溶液泵（8）、第二截止阀（10）、换热器（11）、液相温度传感器（12）、温控器（13）、加热盘管（14）、气相温度传感器（16）、恒压阀（17）、压力传感器（20）；
气相导热系数测试仪（2）和液相导热系数测试仪（4）分别安装于测试本体（1）上；使用时，气相导热系数测试仪（2）位于测试本体（1）中的液位上方，液相导热系数测试仪（4）位于测试本体（1）中的液位下方；
冷凝盘管（3）固定连接在测试本体（1）内腔中，冷凝盘管（3）的出水端通过第一管路与水箱（7）的第一进水端连接，第一截止阀（5）连接在第一管路中；水箱（7）的出水端通过第二管路与换热器（11）的进水端连接，溶液泵（8）和第二截止阀（10）分别连接在第二管路中；换热器（11）的出水端与冷凝盘管（3）的进水端连接；
加热盘管（14）固定连接在测试本体（1）内腔中，温控器（13）与加热盘管（14）连接；
液相温度传感器（12）和气相温度传感器（16）分别固定连接在测试本体（1）上；恒压阀（17）通过第三管路与测试本体（1）连通；压力传感器（20）固定连接在测试本体（1）的顶部；
压力传感器（20）、液相温度传感器（12）、气相温度传感器（16）、恒压阀（17）、气相导热系数测试仪（2）、液相导热系数测试仪（4）的数据输出端分别与数据采集仪（6）的数据输入端连接。
2.按照权利要求1所述的测量气液组分导热系数的装置，其特征在于，还包括视镜（15），所述视镜（15）与测试本体（1）固定连接。
3.按照权利要求2所述的测量气液组分导热系数的装置，其特征在于，所述视镜（15）至少为三个，其中，第一个视镜（15）与冷凝盘管（3）相对，第二个视镜（15）与测试本体（1）内的液面相对；第三个视镜（15）位于测试本体（1）的顶部。
4.按照权利要求3所述的测量气液组分导热系数的装置，其特征在于，还包括照明灯（19），照明灯（19）的出光面与第三个视镜（15）相对。
5.按照权利要求1所述的测量气液组分导热系数的装置，其特征在于，还包括第四管路和旁通阀（9），第四管路的一端与第二管路连接，第四管路的另一端与水箱（7）的第二进水端连接，旁通阀（9）连接在第四管路中。
6.按照权利要求5所述的测量气液组分导热系数的装置，其特征在于，所述测试本体（1）、水箱（7）、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路均设有外壁保温层。
7.按照权利要求1所述的测量气液组分导热系数的装置，其特征在于，还包括安全阀（18），所述安全阀（18）固定连接在测试本体（1）顶部，且与测试本体（1）连通。
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| CN111103320A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-05 | 浙江海亮股份有限公司 | 一种换热测系数装置 |
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