CN214503432U - 一种传热实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种传热实验装置。该传热实验装置包括标准换热器、强化换热器、旋涡风机、蒸汽发生器、冷凝器以及水箱；标准换热器包括同心轴套的外管、内套管，强化换热器和标准换热器结构相同，强化换热器的螺旋线圈连接在强化套管内管壁；内套管、强化套管的右端口通过空气管路连通旋涡风机且左端口连通出气主管；两个外管的管壁右端下通过蒸汽管路连通蒸汽发生器且左端上通过蒸汽管路连通冷凝器，冷凝器以及蒸汽发生器分别连通水箱两端，两个外管的中间下还通过排水管路连通冷凝器的出水管，各管上分别设有温度探头。本实用新型具有标准换热器、强化换热器来研究传热实验，数据精确，自动化程度高的效果。

Description

一种传热实验装置

技术领域

本实用新型涉及传热设备领域，特别涉及一种传热实验装置。

背景技术

热传递是一个重要的单元，广泛应用在制冷、热能、化工等领域，热传递通常是两种温度不同的物质进行热交换来实现，其中高温物体散热冷却降温同时低温物体吸热加热升温，比较典型的是空气和水蒸汽的传热，为了更加深入的教研学习，需要研发一种新型的传热实验装置。

实用新型内容

为了解决上述问题的一个或多个，本实用新型提供了一种传热实验装置。

根据本实用新型的一个方面，该一种传热实验装置包括标准换热器、强化换热器、旋涡风机、蒸汽发生器、冷凝器以及水箱；

标准换热器包括同心轴套的外管、内套管，外管和内套管的两端分别一体连接一个端封板；

强化换热器包括螺旋线圈以及同心轴套的外管、强化套管，外管和强化套管的两端分别一体连接端封板，螺旋线圈连接在强化套管内管壁；

内套管、强化套管的右端口连接进气支管且右端口连接出气支管，进气支管并联设置且通过进气主管连通旋涡风机，出气支管并联连通敞口的出气主管；

两个外管的管壁右端下分别连通进蒸汽管、中间下分别连通排水支管以及左端上分别连通出蒸汽支管，两个进蒸汽管并联连通主蒸汽进管，主蒸汽进管连通蒸汽发生器的出气口，两个出蒸汽支管并联连通出蒸汽主管，出蒸汽主管连通冷凝器的进气口，冷凝器的出水管连通水箱的进水口，排水支管并联设置且通过排水主管连通冷凝器的出水管，水箱的出水管连通蒸汽发生器的进气口；

进气支管、出气支管、进蒸汽管、出蒸汽支管以及出气主管分别设有温度探头。

在一些实施方式中，述蒸汽发生器还设有自动补水装置，自动补水装置的水位传感器检测蒸汽发生器内的水量，自动补水装置电连接水箱，水位传感器检测到水位低于最低工作水位时，反馈信号给自动补水装置，自动补水装置控制水箱增大供水速度；或蒸汽发生器的蒸汽发生单元的进口、出口分别安装安全水封。

在一些实施方式中，外管、内套管、强化套管的两端和每个端封板之间均采用焊接成为一体；

每个外管的外壁包覆有一层绝缘材料制作的保温层。

在一些实施方式中，外管、进气支管、出气支管、进气主管、出气主管、进蒸汽管以及出蒸汽支管的管壁表面均镀锌处理。

在一些实施方式中，进气支管、出气支管、进蒸汽管、出蒸汽支管以及出气主管均安装有气动开关阀；

排水支管安装有流量调节开关水阀。

在一些实施方式中，气动开关阀为旋塞开闭阀；流量调节开关水阀为球阀或旋塞开闭阀。

在一些实施方式中，每个外管左右两端对称设有两个观察口，每个观察口上安装一个法兰视窗，法兰视窗的中间设有圆形的不锈钢视镜。

在一些实施方式中，冷凝器的出水管安装视盅，视盅上端、下端设有圆法兰，圆法兰通过螺纹件连接冷凝器的出水管；两个圆法兰分别延伸形成导联管，导联管内端为内法兰，玻璃管两端轴套在两个内法兰的定位环槽，定位环槽和玻璃管内管壁之间设有密封圈，两个内法兰之间通过长螺栓固定。

在一些实施方式中，不锈钢视镜和玻璃管为钢化硼硅玻璃，法兰视窗和观察口、圆法兰和冷凝器的出水管之间设有聚四氟乙烯垫片。

在一些实施方式中，出气主管上安装有孔板流量计；温度探头为Pt100温度计，温度探头上设有宇电数显仪表；温度探头、水箱、孔板流量计以及蒸汽发生器电连接触摸控制屏。

该装置通过标准换热器、强化换热器来研究空气和水蒸汽的传热，其中，通过对标准换热器为空气－水蒸汽简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu＝ARemPr0.4中常数A、m的值；而强化换热器通过管程内部插有螺旋线圈，来进行空气—水蒸汽强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu＝BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式；求取简单套管换热器、强化套管换热器的对流传热系数αi、总传热系数Ko；了解热电偶、热电阻温度计的使用；其有益效果是：其一，该传热装置以空气和水蒸汽为介质，采用水蒸汽－空气换热体系，数据测量准确，实验效果理想，自动化程度高；该实验装置能够同时进行简单换热、强化换热的理论研究和教研学习，标准换热器和强化换热器两者结构、尺寸相同，唯一区别是设置螺旋线圈，属于单因素分析，实验结果容易分析，同时同一环境下对比实验，方便排出外部环境误差，实验结果精确，适用于教研学习领域；其二，螺旋线圈结构简单，将水平流转换为螺旋流，大大提高空气在内套管的停留时间，延长换热时间，同时提高换热效率；其三，内套管和强化套管的两端的进出管以及两个外管的两端的进出管均采用对称设置，因此两者的空气和水蒸汽进出流速、温度均相同，即相同的实验条件，进一步降低误差，提高实验的精确度；其四，冷凝器能够自行回收，使试验液循环利用，降低水箱的补水频率，温度探头实时监测温度，并传递给触摸屏控制器记录，数据精确，自动化程度高；其五，该装置具有自适应功能，用户可根据传感器量程在触摸屏上进行传感器标定，同屏显示所有运行数据，具备数据查询、数据存储等功能。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的一种传热实验装置的示意图；

图2为图1所示标准换热器的示意图；

图3为图1所示强化换热器的示意图；

图4为图1所示视盅的示意图；

图5为图1所示一种传热实验装置中空气回路的示意图；

图6为图1所示一种传热实验装置中水蒸汽回路的示意图；

标准换热器01，第一蒸汽通道011，标准空气通道012，外管1，保温层100，内套管2，端封板9；

强化换热器02，第二蒸汽通道021，强化空气通道022，螺旋线圈4；

旋涡风机5，蒸汽发生器6，冷凝器7，水箱8；

排水主管10，进气支管11，出气支管12，进气主管13，出气主管14，进蒸汽管15，排水支管16，出蒸汽支管17，主蒸汽进管18，出蒸汽主管19；温度探头20，气动开关阀21，流量调节开关水阀22，法兰视窗23，不锈钢视镜24，视盅25，玻璃管250，圆法兰251，导联管252，内法兰253，长螺栓254，定位环槽255，密封圈256，孔板流量计26。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

图1至图6示意性地显示了根据本实用新型的一种实施方式的一种传热实验装置。如图所示，该装置包括标准换热器01、强化换热器02、旋涡风机5、蒸汽发生器6、冷凝器7以及水箱8；

标准换热器01包括同心轴套的外管1、内套管2，外管1和内套管2的两端分别一体连接一个端封板9，外管1、内套管2以及两个端封板9包围的圆环管腔为第一蒸汽通道011，内套管2的内管腔为标准空气通道012；

强化换热器02包括螺旋线圈4以及同心轴套的外管1、强化套管3，外管1和强化套管3的两端分别一体连接一个端封板9，螺旋线圈4连接在强化套管3的内管壁，外管1、强化套管3以及两个端封板9包围形成的圆环孔腔为第二蒸汽通道021，强化套管3的内管腔为强化空气通道022；

内套管2、强化套管3的右端口连接进气支管11且右端口连接出气支管12，进气支管11并联设置且通过进气主管13连通旋涡风机5，出气支管12并联连通敞口的出气主管14；

两个外管1的管壁右端下分别连通进蒸汽管15、中间下分别连通排水支管16以及左端上分别连通出蒸汽支管17，两个进蒸汽管15并联连通主蒸汽进管18，主蒸汽进管18连通蒸汽发生器6的出气口，两个出蒸汽支管17并联连通出蒸汽主管19，出蒸汽主管19连通冷凝器7的进气口，冷凝器7的出水管连通水箱8的进水口，排水支管16并联设置且通过排水主管10连通冷凝器7的出水管，水箱8的出水管连通蒸汽发生器6的进气口；

进气支管11、出气支管12、进蒸汽管15、出蒸汽支管17以及出气主管14分别设有温度探头20。

该装置通过标准换热器01、强化换热器02来研究空气和水蒸汽的传热，其中，通过对标准换热器01为空气－水蒸汽简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu＝ARemPr0.4中常数A、m的值；而强化换热器02通过管程内部插有螺旋线圈4，来进行空气—水蒸汽强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu＝BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式；求取简单套管换热器、强化套管换热器的对流传热系数αi、总传热系数Ko；了解热电偶、热电阻温度计的使用；其有益效果是：其一，该传热装置以空气和水蒸汽为介质，采用水蒸汽－空气换热体系，数据测量准确，实验效果理想，自动化程度高；该实验装置能够同时进行简单换热、强化换热的理论研究和教研学习，标准换热器01和强化换热器02两者结构、尺寸相同，唯一区别是设置螺旋线圈4，属于单因素分析，实验结果容易分析，同时同一环境下对比实验，方便排出外部环境误差，实验结果精确，适用于教研学习领域；其二，螺旋线圈4结构简单，将水平流转换为螺旋流，大大提高空气在内套管2的停留时间，延长换热时间，同时提高换热效率；其三，内套管2和强化套管3的两端的进出管以及两个外管1的两端的进出管均采用对称设置，因此两者的空气和水蒸汽进出流速、温度均相同，即相同的实验条件，进一步降低误差，提高实验的精确度；其四，冷凝器7能够自行回收，使试验液循环利用，降低水箱8的补水频率，温度探头20实时监测温度，并传递给触摸屏控制器记录，数据精确，自动化程度高。

优选的，蒸汽发生器6还设有自动补水装置，自动补水装置的水位传感器检测蒸汽发生器6内的水量，自动补水装置电连接水箱8，水位传感器检测到水位低于最低工作水位时，反馈信号给自动补水装置，自动补水装置控制水箱8增大供水速度；其有益效果是：该蒸汽发生器6能够稳定提供蒸汽，蒸汽流量稳定，有效防止干烧，消除安全隐患。

优选的，蒸汽发生器6的蒸汽发生单元的进口、出口分别安装有安全水封。其有益效果是：安全水封能够防止蒸汽外溢，提高安全保护。

优选的，外管1、内套管2、强化套管3的两端和每个端封板9之间均采用焊接成为一体；其有益效果是：该焊接结构强度高，无物质外溢，同时防止各管路受高温弯曲断裂现象。

每个外管1的外壁包覆有一层绝缘材料制作的保温层100。其有益效果是：保温层100能够防止能量传递到外部空气，提高传热效率和实验精度。

优选的，外管1、进气支管11、出气支管12、进气主管13、出气主管14、进蒸汽管15以及出蒸汽支管17的管壁表面均镀锌处理。其有益效果是：表面镀锌能够防止管体表面因热蒸汽、湿空气锈蚀，提高寿命，保证长期实验精密度。

优选的，进气支管11、出气支管12、进蒸汽管15、出蒸汽支管17以及出气主管14均安装有气动开关阀21；

排水支管16安装有流量调节开关水阀22。其有益效果是：该开关阀操作方便，流量调整方便。

优选的，气动开关阀21为旋塞开闭阀；流量调节开关水阀22为球阀或旋塞开闭阀。其有益效果是：该阀件精度更高，同时方便电控操作。

优选的，每个外管1左右两端对称设有两个观察口，每个观察口上安装一个法兰视窗23，法兰视窗23的中间设有圆形的不锈钢视镜24。其有益效果是：该设置的观察口能够保证外管1的强度，同时方便观察实验进程，法兰视窗23安装方便，尤其不锈钢视镜清晰度高，抗腐蚀性能高。

优选的，冷凝器7的出水管安装视盅25，视盅25上端且下端均设有圆法兰251，两个圆法兰251均通过螺纹件连接冷凝器7的出水管；两个圆法兰251中间分别延伸形成导联管252，导联管252内端为内法兰253，玻璃管250两端轴套在两个内法兰253的定位环槽255，定位环槽255和玻璃管250的内管壁之间还设有一个密封圈256，两个内法兰253之间通过长螺栓254固定。其有益效果是：视盅25观测性能高，上下连接方便，玻璃管250和定位环槽255的配合定位精确，密封圈256能够防止流体外溢。

优选的，不锈钢视镜24和玻璃管250为钢化硼硅玻璃。其有益效果是：钢化硼硅玻璃强度高，抗腐蚀性能高，清晰度高。

优选的，法兰视窗23和观察口、圆法兰251和冷凝器7的出水管之间还设有聚四氟乙烯垫片。其有益效果是：聚四氟乙烯垫片密封性能高，长期使用不老化。

优选的，出气主管14上安装有孔板流量计26；其有益效果是：该孔板流量计26能够实时监测空气流量。

温度探头20为Pt100温度计，温度探头20上设有宇电数显仪表；温度探头20、水箱8、孔板流量计26以及蒸汽发生器6电连接触摸控制屏。其有益效果是：其一，采用Pt100温度计与宇电数显仪表，能实现数据自动采集、自动显示；其二，装置具有自适应功能，用户可根据传感器量程在触摸屏上进行传感器标定，同屏显示所有运行数据，具备数据查询、数据存储等功能。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种传热实验装置，其特征在于，包括标准换热器(01)、强化换热器(02)、旋涡风机(5)、蒸汽发生器(6)、冷凝器(7)以及水箱(8)；

所述标准换热器(01)包括同心轴套的外管(1)、内套管(2)，所述外管(1)和所述内套管(2)的两端分别一体连接一个端封板(9)；

所述强化换热器(02)包括螺旋线圈(4)以及同心轴套的所述外管(1)、强化套管(3)，所述外管(1)和所述强化套管(3)的两端分别一体连接所述端封板(9)，所述螺旋线圈(4)连接在所述强化套管(3)内管壁；

所述内套管(2)、所述强化套管(3)的右端口连接进气支管(11)且右端口连接出气支管(12)，所述进气支管(11)并联设置且通过进气主管(13)连通所述旋涡风机(5)，所述出气支管(12)并联连通敞口的出气主管(14)；

两个所述外管(1)的管壁右端下分别连通进蒸汽管(15)、中间下分别连通排水支管(16)以及左端上分别连通出蒸汽支管(17)，两个所述进蒸汽管(15)并联连通主蒸汽进管(18)，所述主蒸汽进管(18)连通所述蒸汽发生器(6)的出气口，两个所述出蒸汽支管(17)并联连通出蒸汽主管(19)，所述出蒸汽主管(19)连通所述冷凝器(7)的进气口，所述冷凝器(7)的出水管连通所述水箱(8)的进水口，所述排水支管(16)并联设置且通过排水主管(10)连通所述冷凝器(7)的出水管，所述水箱(8)的出水管连通所述蒸汽发生器(6)的进气口；

所述进气支管(11)、所述出气支管(12)、所述进蒸汽管(15)、所述出蒸汽支管(17)以及所述出气主管(14)分别设有温度探头(20)。

2.根据权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于，所述蒸汽发生器(6)还设有自动补水装置，所述自动补水装置的水位传感器检测所述蒸汽发生器(6)内的水量，所述自动补水装置电连接所述水箱(8)；

或所述蒸汽发生器(6)的蒸汽发生单元的进口、出口安装安全水封。

3.根据权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于，所述外管(1)、所述内套管(2)、所述强化套管(3)的两端和每个所述端封板(9)之间均采用焊接成为一体；

每个所述外管(1)的外壁包覆有一层绝缘材料制作的保温层(100)。

4.根据权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于，所述外管(1)、所述进气支管(11)、所述出气支管(12)、所述进气主管(13)、所述出气主管(14)、所述进蒸汽管(15)以及所述出蒸汽支管(17)的管壁表面均镀锌处理。

5.根据权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于，所述进气支管(11)、所述出气支管(12)、所述进蒸汽管(15)、所述出蒸汽支管(17)以及所述出气主管(14)均安装有气动开关阀(21)；

所述排水支管(16)安装有流量调节开关水阀(22)。

6.根据权利要求5所述的一种传热实验装置，其特征在于，所述气动开关阀(21)为旋塞开闭阀；所述流量调节开关水阀(22)为球阀或旋塞开闭阀。

7.根据权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于，每个所述外管(1)左右两端对称设有两个观察口，每个所述观察口上安装一个法兰视窗(23)，所述法兰视窗(23)的中间设有圆形的不锈钢视镜(24)。

8.根据权利要求7所述的一种传热实验装置，其特征在于，所述冷凝器(7)的出水管安装视盅(25)，所述视盅(25)上端、下端设有圆法兰(251)，所述圆法兰(251)通过螺纹件连接所述冷凝器(7)的出水管；两个所述圆法兰(251)分别延伸形成导联管(252)，所述导联管(252)内端为内法兰(253)，玻璃管(250)两端轴套在两个所述内法兰(253)的定位环槽(255)，所述定位环槽(255)和所述玻璃管(250)内管壁之间设有密封圈(256)，两个所述内法兰(253)之间通过长螺栓(254)固定。

9.根据权利要求8所述的一种传热实验装置，其特征在于，所述不锈钢视镜(24)和所述玻璃管(250)为钢化硼硅玻璃，所述法兰视窗(23)和所述观察口、所述圆法兰(251)和所述冷凝器(7)的出水管之间设有聚四氟乙烯垫片。

10.根据权利要求1所述的一种传热实验装置，其特征在于，所述出气主管(14)上安装有孔板流量计(26)；所述温度探头(20)为Pt100温度计，所述温度探头(20)上设有宇电数显仪表；所述温度探头(20)、所述水箱(8)、所述孔板流量计(26)以及所述蒸汽发生器(6)电连接触摸控制屏。

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