CN208313871U - 一种用于研究对流换热的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于研究对流换热的实验装置，涉及实验装置领域。其中，这种用于研究对流换热的实验装置包括基座、风机、气流管道、换热装置以及检测装置，风机设在基座上，风机的出风口与气流管道的一端连接，用以向气流管道内输送空气。检测装置用于检测换热装置和气流管道内气流的参数。换热装置设在气流管道上，换热装置包括安装板和换热器，换热器与安装板之间设有绝热材料层。使用本实用新型可以使对流换热的实验数据测量更加精确。

Description

一种用于研究对流换热的实验装置

技术领域

本实用新型涉及实验装置领域，具体而言，涉及一种用于研究对流换热的实验装置。

背景技术

换热器在工业和生活中都是应用广泛的一种装置，因此对其换热机理以及换热参数的研究对提高工业中的生产效率和生产质量都具有重要的意义。对流换热是常见的也是用途较为广泛的一种换热方式。

目前，很少有简单有效的装置可以研究对流换热，而现有的一些实验装置中又由于换热器的扩散传热问题导致实验数据不准确，从而限制了对换热器的进一步改良。

鉴于此，发明人研究发现了本实用新型。

实用新型内容

本实用新型提供了一种用于研究对流换热的实验装置，旨在使对流换热的实验数据测量更加精确。

本实用新型是这样实现的：

用于研究对流换热的实验装置，包括基座、风机、气流管道、换热装置以及检测装置，风机设在基座上，风机的出风口与气流管道的一端连接，用以向气流管道内输送空气。检测装置用于检测换热装置和气流管道内气流的参数。

换热装置设在气流管道上，换热装置包括安装板和换热器，换热器与安装板之间设有绝热材料层。

进一步地，空气管道分为下管道和上管道，下管道和上管道之间设有用以调整气流的滤网。

进一步地，上管道与下管道可拆装连接，且二者的连接处设有密封圈，滤网设在上管道与下管道的连接处。

进一步地，检测装置包括用于测量上管道内气体流速的测速元件，电测元件以及至少两个测温元件，所述测速元件设于所述上管道上，所述电测元件与所述换热器连接，用以测量所述换热器的电压和电流，至少一个测温元件用于检测下管道内气体的温度，至少一个测温元件用于检测换热器与上管道内气体接触的表面的温度。

进一步地，换热器可拆装的设在上管道上，换热器的两侧分别设有与上管道配合的卡扣。

进一步地，换热器的四周边缘与气流管道的管壁分离。

进一步地，换热器为平板式换热器，至少两个测温元件伸入至换热器表面。

进一步地，换热器的平板面上布置有两个测温元件，两个测温元件在横向方向上的位置为换热器横向长度的1/10-1/8，在纵向方向上的位置分别为换热器纵向长度的5/9处和2/3处。所述横向方向为平板面上垂直于来流的方向，所述纵向方向为平行来流的方向。

进一步地，换热器为管排式换热器，换热器的内表面设有若干阵列排布的圆柱，且圆柱伸入上管道内，圆柱的长度为8cm-10cm。

进一步地，在换热器的两根圆柱上分别设置3个测温元件，每根圆柱上的3个测温元件分别位于圆柱长度的1/3，5/9和7/9处。两根圆柱分别为测温元件纵向上第一排中部的圆柱和纵向上最后一排中部的圆柱。

通过采用本实用新型的装置，形成了一个简单有效的对流换热实验平台，同时绝热材料层的设置减少了换热器向安装板传递的热量，使换热器的热量集中传递到气流中，令实验更加精确，测量的数据更加可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是实施例在第一视角下的结构示意图；

图2是图1所示的气流管道沿A-A方向的剖视图。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种用于研究对流换热的实验装置，包括基座1、风机3、气流管道2、换热装置4以及检测装置5。所述风机3设在所述基座1上，基座1起支承风机3的作用，同时也起到支承和固定气流管道2的作用。

所述风机3的出风口与所述气流管道的一端连接，用以向所述气流管道2内输送空气，风机3的开启和关闭可以分别模拟强制对流和自然对流，使实验的观察范围更加广阔，提高了实验结果的可信度。

另外风机3和气流管道2的连接处需要紧密，使风机3出风口的气流全部流入气流管道2，便于强制对流的参数控制和保证实验精度。所述检测装置5用于检测所述换热装置4和所述气流管道2内气流的参数，这些参数可以是温度、气流速度等可能影响换热的因素的值。

所述换热装置4设在所述气流管道2上，所述换热装置4包括安装板41和换热器42，安装时，所述换热器42伸入气流管道2中，所述安装板41紧贴于气流管道2的表面，防止气流的泄漏并且阻止换热器42的热量辐射至气流管道2外的空气中。

所述换热器42与所述安装板41之间设有绝热材料层8，绝热材料层的设置减少了换热器向安装板传递的热量，使换热器的热量集中传递到气流中，令实验更加精确，测量的数据更加可靠。

如图2所示，所述气流管道2分为下管道21和上管道22，且所述上管道22与所述下管道21可拆装连接。这样的结构不仅便于分别安装气流管道2上的器件，而且通过拆卸还可以对这些器件进行检查和气流管道2内的简单调整。

所述下管道21和所述上管道22的连接处上还设有用以调整气流的滤网6，所述上管道22与所述下管道21的连接处设有密封圈。滤网6可以使强制对流实验中风机3产生的紊乱气流变得平稳，使之后的气流速度等参数的测量更加精确。而密封圈则隔绝了气流管道2内外空气的对流，排除了外界因素对实验的影响，进一步保证了实验的准确度。

所述检测装置5包括用于测量所述上管道22内气体流速的测速元件51，电测元件53以及至少两个测温元件52，所述测速元件51设于所述上管道22上，测速元件51用于测量经过整流后的上管道22内的气流速度，作为实验的参数之一。

所述电测元件53与所述换热器42连接，用以测量所述换热器42的电压和电流，根据电压和电流可以计算出实际的换热器42功率，作为一个功耗参数。

测温元件52中至少一个所述测温元件52用于检测所述下管道21内气体的温度，作为来流温度这一参数。另外至少一个所述测温元件52用于检测所述换热器42与所述上管道22内气体接触的表面的温度，作为另一个温度参数，即对流后换热器42的表面温度。

测速元件51可以是风速仪，测温元件52可以是K型热电偶，电测元件53可以是测控仪，可以理解，其他能够实现测温，测速以及电压电流测量的元件或仪器也可以作为本实用新型的选择。其中本实施例中测控仪不仅能够测量所述换热器42的电压和电流，而且通过与风机3连接，测控仪还可以控制风机3气流流量，通过与测温元件52连接，测控仪还可以显示测温元件52的测量值，便于实验数据的记录和分析。

采用本实施例的检测装置5可以清晰地得到换热器42的理论功耗和实际表面温度，对比来流温度后根据计算公式可以得到一个对流换热系数。本实施例中的所有数据测量都保证了很好的准确度，使最终的结果有极高的精度。

所述换热器42可拆装的设在所述上管道22上，所述换热器42的两侧分别设有与所述上管道22配合的卡扣7。本实施例中安装板41设为长方形，可以较好地密封气流管道2，同时，长方形两侧边上的卡扣7保证了安装板41的稳固连接，且拆装方便。采用该结构能够及时更换换热器42或者采用不同类型的换热器42作比较，使实验更加全面。

在安装时，所述换热器42的四周边缘与所述气流管道2的管壁分离。这样可以避免换热器42将热量传递到气流管道2的管身上，导致换热功率的测量不准确，影响实验的进行。

所述换热器42可以是平板式换热器或者管排式换热器。当使用平板式换热器时，平板上至少布置有两个所述测温元件52，测温元件52伸入至所述换热器42表面，检测端与换热器42表面接触以测量换热器42的温度。

而当采用管排式换热器时，所述换热器42的内表面上设有若干阵列排布的圆柱，并且所述圆柱伸入所述上管道22内，本实施例中的圆柱长度设为8cm-10cm，以使所述圆柱与气流充分接触传热。

换热器42上布置多个所述测温元件52，这样可以通过分析多个测量值来增加测量结果的可靠性，使实验更加精确。本实施例中的测温元件52布置为，当采用平板式换热器时，在所述换热器42的平板面上布置两个所述测温元件52，两个所述测温元件52在横向方向上的位置为换热器42横向长度的1/10-1/8，在纵向方向上的位置分别为换热器42纵向长度的5/9处和2/3处。其中所述横向方向为平板面上垂直于来流的方向，所述纵向方向为平行来流的方向。

当采用管排式换热器时，在所述换热器42的两根圆柱上分别设置3个所述测温元件52，每根圆柱上的3个所述测温元件52分别位于圆柱长度的1/3，5/9和7/9处。并且两根圆柱分别选为所述测温元件52在纵向上第一排中部的圆柱以及测温元件52在纵向上最后一排中部的圆柱。

上述布置方式为发明人经过多次试验后，综合比较得出的最佳测温元件52布置方式。采用平板式换热器时可以根据上述布置方式得到的测量结果计算出平均值，经过检验该平均值最接近理论值。采用管排式换热器时同样可以采用平均值作为参数值进行计算，本实施例中还可以通过对不同位置温度值进行分布拟合进行温度校核，经过检验该方法得到的值最接近理论值。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于研究对流换热的实验装置，其特征在于，包括基座(1)、风机(3)、气流管道(2)、换热装置(4)以及检测装置(5)，所述风机(3)设在所述基座(1)上，所述风机(3)的出风口与所述气流管道的一端连接，用以向所述气流管道(2)内输送空气；所述检测装置(5)用于检测所述换热装置(4)和所述气流管道(2)内气流的参数；

所述换热装置(4)设在所述气流管道(2)上，所述换热装置(4)包括安装板(41)和换热器(42)，所述换热器(42)与所述安装板(41)之间设有绝热材料层(8)。

2.根据权利要求1所述的用于研究对流换热的实验装置，其特征在于：所述气流管道(2)分为下管道(21)和上管道(22)，所述下管道(21)和所述上管道(22)之间设有用以调整气流的滤网(6)。

3.根据权利要求2所述的用于研究对流换热的实验装置，其特征在于：所述上管道(22)与所述下管道(21)可拆装连接，且二者的连接处设有密封圈，所述滤网(6)设在所述上管道(22)与所述下管道(21)的连接处。

4.根据权利要求3所述的用于研究对流换热的实验装置，其特征在于：

所述检测装置(5)包括用于测量所述上管道(22)内气体流速的测速元件(51)，电测元件(53)以及至少两个测温元件(52)；

所述测速元件(51)设于所述上管道(22)上；

所述电测元件(53)与所述换热器(42)连接，用以测量所述换热器(42)的电压和电流；

至少一个所述测温元件(52)用于检测所述下管道(21)内气体的温度，至少一个所述测温元件(52)用于检测所述换热器(42)与所述上管道(22)内气体接触的表面的温度。

5.根据权利要求4所述的用于研究对流换热的实验装置，其特征在于：所述换热器(42)可拆装的设在所述上管道(22)上，所述换热器(42)的两侧分别设有与所述上管道(22)配合的卡扣(7)。

6.根据权利要求4所述的用于研究对流换热的实验装置，其特征在于：所述换热器(42)的四周边缘与所述气流管道(2)的管壁分离。

7.根据权利要求4所述的用于研究对流换热的实验装置，其特征在于：所述换热器(42)为平板式换热器，至少两个所述测温元件(52)伸入至所述换热器(42)表面。

8.根据权利要求7所述的用于研究对流换热的实验装置，其特征在于：所述换热器(42)的平板面上布置有两个所述测温元件(52)，两个所述测温元件(52)在横向方向上的位置为换热器(42)横向长度的1/10-1/8，在纵向方向上的位置分别为换热器(42)纵向长度的5/9处和2/3处；

所述横向方向为平板面上垂直于来流的方向，所述纵向方向为平行来流的方向。

9.根据权利要求4所述的用于研究对流换热的实验装置，其特征在于：所述换热器(42)为管排式换热器，所述换热器(42)的内表面设有若干阵列排布的圆柱，且所述圆柱伸入所述上管道(22)内，所述圆柱的长度为8cm-10cm。

10.根据权利要求9所述的用于研究对流换热的实验装置，其特征在于：在所述换热器(42)的两根所述圆柱上分别设置3个所述测温元件(52)，每根所述圆柱上的3个所述测温元件(52)分别位于所述圆柱长度的1/3，5/9和7/9处；

两根所述圆柱分别为所述测温元件(52)纵向上第一排中部的圆柱和纵向上最后一排中部的圆柱。