CN220872393U - 一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，包括试验舱，试验舱内设有容纳被测管以及浸没被测管的制冷剂的试验腔，其特征是被测管两端通过管线与恒温水槽、蠕动泵、第一微型调节阀构成测试系统回路，并在回路中设置测试前端压力变送器、测试前端温度变送器，测试后端压力变送器、测试后端温度变送器，以及流量变送器；同时在试验舱中穿设有冷却管，冷却管两端引出试验舱与冷水机组构成换热回路；试验舱上还设有试验腔压力变送器和试验腔温度变送器。结构简捷，测试周期短，测试成本低，能完整获得具体的设计参数，大幅提高了表面结构复杂、换热面积难以精确计算换热器的设计效率。

Description

一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置

技术领域

本实用新型涉及换热性能测定技术，尤其是一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置。

背景技术

为了解决换热器热阻以及在有限空间最大限度地提高换热器的换热面积，换热器的表面结构设计趋于多样化、复杂化。复杂表面结构的换热管路重塑了原始光面圆管的传热表面，不仅极大地增加了传热面积，而且打断了其边界层的连续发展，提高了扰动程度，大幅增加了传热系数，使传热、换热效果成倍增加。作为一种节能、节材、高效、环保的产品，其发展将对发展低碳经济、改善技术经济指标、实现制冷家电行业整体升级起到巨大的推动作用。

换热管的换热性能以及流体阻力，是换热器设计的重要参数，前述换热管优异的换热性能，复杂表面结构的换热器应用领域得到了不断的拓展，但目前针对这种复杂表面的管路换热性能测试缺乏快捷、精准的测试设备。同时，由于管路器件表面结构复杂，换热面积难以精确计算，常用的各种仿真软件，也没有相应的换热性能等数据。目前，针对复杂表面结构的换热性能测试，主要还是依赖大型风洞实验室，且只能对换热器成品性能进行测试，测试周期长，测试成本昂贵，无法形成具体的设计参数，严重影响了换热器的设计效率。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，它通过测试自建系统多点位各种流体参数，经计算对比等手段获取换热量、换热能力、阻力特性等特性值，具有快捷、准确提供复杂表面结构换热器设计参数的特点。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，包括试验舱，试验舱内设有容纳被测管以及浸没被测管的制冷剂的试验腔，其特征是被测管两端通过管线与恒温水槽、蠕动泵、第一微型调节阀构成测试系统回路，并在所述回路中设置测试前端压力变送器、测试前端温度变送器，测试后端压力变送器、测试后端温度变送器，以及流量变送器；同时在试验舱中穿设有冷却管，冷却管两端引出试验舱与冷水机组构成换热回路；所述试验舱上还设有试验腔压力变送器和试验腔温度变送器。

前述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置中，作为优选，所述冷却管穿装在试验舱中制冷剂液面上方。

前述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置中，作为优选，所述冷却回路中设有第二微型调节阀。

前述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置中，作为优选，所述在恒温水槽部位设有计量电源。

前述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置中，作为优选，所述试验腔温度变送器设有位于制冷剂中的温度变送器传感探头。

前述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置中，作为优选，所述试验舱为圆筒结构，筒体上设有操作窗。

前述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置中，作为优选，所述试验舱内设有一根绝热连接管，试验舱端部设有同向管路连接孔、对向管路连接孔；所述绝热连接管的一端和对向管路连接孔连接，绝热连接管的另一端与被测管配合。

前述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置中，作为优选，所述试验舱一端端面上半部分设有压力变送器连接孔、冷却管连接孔以及制冷剂温度变送器连接孔，同一端端面底部设有同向管路连接孔和被测管连接孔。

前述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置中，作为优选，试验舱另一端端面上半部分设有与所述冷却管连接孔对应的孔，以及排气阀连接孔。

本测定装置试验舱底部设有被测管连接孔，专用于连接固定测试系统回路和被测管件的一端；在被测管连接孔同侧设有同向管路连接孔，用于被测管件进、出口在同一侧的情况，此时对向管路连接孔关闭；在被测管路连接孔另一端设有对向管路连接孔，用于被测管件进、出口在两侧的情况，此时同向管路连接孔关闭；在试验腔内还设有一根绝热连接管与对向管路连接孔连接，用于适应不同长度的被测管件。

本装置设置冷却管在试验腔内与被测管形成换热回路，即当被测管放热，使制冷剂汽化，制冷剂汽化后上升接触冷却管，冷却管带走制冷剂热量后并使其液化落回试验腔底部，由冷水机组为冷却管提供恒定的冷源。

通过本装置再利用热平衡原则，流经复杂表面结构的管路器件内的流体换热量等于被侧管对外的总换热量，由被测管内液体流量与进出口温度经计算得到流体换热量，然后通过对比总换热量与设计换热量来获得实际换热能力与设计换热能力的差异。同时根据不同结构的被侧管内阻力不同，测量计量流体进出翅片管压力降，反映被测管的阻力特性。并在选定点位通过流量、温度变送器取得各种所需数据，计算总换热量、校验热平衡准确度，改变管内流速取得压力差值建立压力差与管路内流速关系图，绕开复杂表面结构管路器件的换热面积难以精确计算的问题。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过测试系统回路、换热回路的设计，经测量各种换热等数值，再通过计算换算对比等手段来获取换热量、阻力特性等特性值，可建立压力差与管路内流速关系图；能快捷、准确提供复杂表面结构换热器设计参数，结构简捷，测试周期短，测试成本低，能完整获得具体的设计参数，大幅提高了表面结构复杂、换热面积难以精确计算换热器的设计效率。

附图说明

图1是本实用新型的一种测定装置系统结构示意图。

图2是本实用新型的一种数据采集系统结构示意图。

图3是本实用新型的一种试验舱外形结构示意图。

图4是图3的另一角度视图。

图5是本实用新型的一种试验舱内部结构示意图。

图中：1.试验舱，101.冷却管，102.试验腔压力变送器连接孔，103.冷却管连接孔，104.制冷剂温度变送器，105.同向管路连接孔，106.被测管连接孔，107.排气阀连接孔，108.对向管路连接孔，109.绝热连接管，110.制冷剂，2.被测管，3.制冷剂，4.温度变送器传感探头，5.第一混合装置，6.第二混合装置，7.第一微型调节阀，8.计量电源，9.恒温水槽，10.蠕动泵，11.过滤器，12.流量变送器，13.测试后端压力变送器，14.测试后端温度变送器，15.排气阀，16.测试前端温度变送器，17.测试前端压力变送器，18.试验腔压力变送器，19.试验腔温度变送器，20.第二微型调节阀，21.冷水机组，22.计算机，23.数据采集系统。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

本实施例一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，如图1所示，由两个循环回路组成，一是测试系统回路，二是换热回路。

其中测试系统回路包括一个圆筒状试验舱1，如图3、图4所示，试验舱为中空结构，其内为试验腔。试验舱1筒体上设有操作窗110，试验舱1一端端面上半部分设有压力变送器连接孔102、冷却管连接孔103、制冷剂温度变送器连接孔104，同一端端面底部设有同向管路连接孔105和被测管连接孔106。试验舱1另一端端面上半部分设有排气阀连接孔107和对应的冷却管连接孔103，同一端端面底部设有对向管路连接孔108。

试验舱1内设有一根绝热连接管109，如图5所示，绝热连接管109的一端和对向管路连接孔108连接。

被测管2放置在试验腔并完全浸没于制冷剂3中。被测管2两端通过管线与恒温水槽9、蠕动泵10、第一微型调节阀7构成测试系统回路，其回路具体连接方式如下：

恒温水槽9通过蠕动泵10输出恒温液，恒温液经过滤器11进入流量变送器12，流量变送器12之后设置测试前端压力变送器17，测试前端压力变送器17通过第二混合装置6使恒温液经过测试前端温度变送器16到达被测管2。

被测管2的回路中恒温液先通过第一混合装置5再进行测温，即由测试后端温度变送器14进行测量，然后经测试后端压力变送器13，再经第一微型调节阀7返回恒温水槽9。在恒温水槽9部位设有计量电源8。

同时，试验舱1上安装试验腔压力变送器18、试验腔温度变送器19，其中试验腔温度变送器19包括位于制冷剂3中的温度变送器传感探头4。

以上各元件与试验舱1上的连接孔对应。

换热回路：冷却管101位于试验舱1中制冷剂3液面的上方，冷却管101两端引出试验舱1与冷水机组21构成换热回路，冷却回路中设有第二微型调节阀20。

参见图2，本实施例数据采集和分析由计算机22、数据采集系统23构成。其中由测试前端温度变送器16输入T1，测试前端压力变送器17提供P1，测试后端温度变送器14提供T2，测试后端压力变送器13提供P2数据，试验腔温度变送器19采集T3，试验腔压力变送器18采集P3，流量变送器12采集FL数据，计量电源8记录耗电量W。

通过本实施例来测定复杂表面结构的管路器件换热性能，根据热平衡条件下，流经复杂表面结构被测管2内的流体换热量等于所述被侧管对外的换热量，通过测量流经被测管内液体流量与进出口温度，经过计算得到流体换热量，即得被测管对外总换热量；然后，通过对比总换热量与设计换热量，即可得到实际换热能力与设计换热能力的差异。

当流体流经被测管2内时，需克服阻力，造成流体的压力损失。不同结构的被测管2内阻力不同，因此根据流体压力损失，测量流体进出被测管2压力降，就反应了被测管2的阻力特性。

通过流量变送器测得被测管2路内流速Fl，根据被测管路内横截面积A，计算被测管路流体的流量V：

V＝Fl/A

通过被测管2测试前端温度变送器16获得流体温度T1，被测管2测试后端温度变送器14获得流体温度T2，根据流体的密度ρ和定压比热容Cp，通过下式计算出换热量Q：

Q＝V×Cp×ρ×(T1-T2)

通过计量电源统计出耗电量W，通过计算热平衡相对误差ΔQ进行校验，热平衡相对误差在5％以内认为传热系数可信：

ΔQ＝(Q-W)/W×100％

根据总换热量Q与设计换热量R，计算换热量差异百分比λ，确定管路器件传热特性，以此作为换热设计的参考：

λ＝(Q-R)/

然后通过改变管内流速Fl，测定不同的测试前端流体压力P1，测试后端流体压力P2，计算得出压力差ΔP，以建立压力差与管路内流速Fl关系图：

ΔP＝P1-P2。

本实施例数据记录仪采用32位ARM微处理器，画面响应时间小于0.5秒，可同时实现多路信号采集，具有流量积算、温压补偿、累积报表、历史数据转存、打印以及远程通讯功能。采用32M大容量的FLASH闪存芯片存贮历史数据，掉电不丢失数据；根据记录间隔的不同，可存储72个小时至720天的数据。

本实施例通过流量计实现测量和记录现场的流量信号，由压力变送器、温度变送器、液位变送器等分别实现测量和记录现场的压力、温度、液位等信号。也可以通过温湿度变送器的配置来实现测量和记录现场的温湿度信号。

经试验证明，本实施例能获得优异的复杂表面结构的管路器件换热器设计的重要参数，是一种快捷精准的测试方法和装置，被测件适用广，安装方便，测试周期短，一般只需3-5个小时即可完成。

上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，在不脱离换热性能测定技术方案原则下，任何对本实用新型的简单变换后的结构等均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，包括试验舱(1)，试验舱内设有容纳被测管(2)以及浸没被测管的制冷剂(3)的试验腔，其特征是被测管两端通过管线与恒温水槽(9)、蠕动泵(10)、第一微型调节阀(7)构成测试系统回路，并在所述回路中设置测试前端压力变送器(17)、测试前端温度变送器(16)，测试后端压力变送器(13)、测试后端温度变送器(14)，以及流量变送器(12)；同时在试验舱(1)中穿设有冷却管(101)，冷却管两端引出试验舱与冷水机组(21)构成换热回路；所述试验舱上还设有试验腔压力变送器(18)和试验腔温度变送器(19)。

2.根据权利要求1所述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，其特征在于，所述冷却管(101)穿装在试验舱(1)中制冷剂(3)液面上方。

3.根据权利要求1或2所述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，其特征在于，所述冷却回路中设有第二微型调节阀(20)。

4.根据权利要求1所述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，其特征在于，所述在恒温水槽(9)部位设有计量电源(8)。

5.根据权利要求1所述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，其特征在于，所述试验腔温度变送器(19)设有位于制冷剂(3)中的温度变送器传感探头(4)。

6.根据权利要求1所述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，其特征在于，所述试验舱(1)为圆筒结构，筒体上设有操作窗(110)。

7.根据权利要求1所述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，其特征在于，所述试验舱(1)内设有一根绝热连接管(109)，试验舱端部设有同向管路连接孔(105)、对向管路连接孔(108)；所述绝热连接管的一端和对向管路连接孔连接，绝热连接管的另一端与被测管(2)配合。

8.根据权利要求1或2或6或7所述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，其特征在于，所述试验舱(1)一端端面上半部分设有压力变送器连接孔(102)、冷却管连接孔(103)以及制冷剂温度变送器连接孔(104)，同一端端面底部设有同向管路连接孔(105)和被测管连接孔(106)。

9.根据权利要求8所述的一种复杂表面结构的管路器件换热性能测定装置，其特征在于，试验舱(1)另一端端面上半部分设有与所述冷却管连接孔(103)对应的孔，以及排气阀连接孔(107)。