專利名稱：一種熱流密度計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱能動力工程測量領域，特別是一種測量高溫高壓狀 態(tài)下的熱流密度計。
背景技術：
在熱能動力工程的很多場合中，需要測量流體與固體壁面間進行 熱交換時的換熱量，進而可以對固體壁面的受熱情況進行熱分析以及 更深層次的熱應力分析。例如在反應堆冷卻劑系統(tǒng)中存在許多管嘴， 通過這些管嘴會對系統(tǒng)注入一些流體，這些注入的流體的溫度與系統(tǒng) 內(nèi)部流體的溫度存在巨大差異，因此這些管嘴就會承受巨大頻繁的熱 沖擊。而要對這樣的熱沖擊進行確定的理論分析和計算就必須了解此 時流體和管嘴固體壁面間的熱交換。對于這樣的復雜流動過程通過理 論計算的方法很難得到局部的熱流密度及換熱系數(shù)，因此必須采用測 量的方法確定熱流密度。而這種測量儀器通常會工作在高溫高壓狀態(tài) 下，因此需要開發(fā)能夠工作于高溫高壓條件下的熱流密度計。類似的 測量過程也可見于鍋爐汽包等多種熱能動力設備當中。
對于熱流密度的測量，由于工業(yè)發(fā)展的需要很早就開始有相關的 儀器設備出現(xiàn)。目前，測量固體壁面熱流密度的計量儀器很多，如建 筑物墻壁內(nèi)部熱流密度的測量、工業(yè)爐窯中爐膛壁面內(nèi)熱流密度的測
量。專利200610028865.4給出了一種建筑墻體傳熱系數(shù)的現(xiàn)場檢測辦法，其通過加熱裝置及其控制設備對被測墻體應用常功率半面熱源 進行恒定加熱，在被測區(qū)域內(nèi)形成一局部穩(wěn)態(tài)均勻熱流，使墻體在人
工構造的穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下進行檢測。專利200410026343.1同樣給出 了建筑物墻體傳熱系數(shù)的測量方法，也是利用人為方法造成墻體內(nèi)的 熱流，通過粘貼的溫度傳感器測量溫度變化以求出熱流密度。專利 200620091887.0則提供了一種測量固體界面接觸換熱系數(shù)的裝置，該 裝置實際上也是通過測量沿熱流方向不同距離處的溫差進而得到熱 流密度及換熱系數(shù)。專利200610009794.3給出了一種能應用于超高 溫、強電、大干擾的流場環(huán)境中測量熱流密度的裝置和方法。
從測量原理角度看，基本上熱流密度的測量都是通過測量沿熱流 方向上不同距離處的溫度變化，再通過導熱問題的理論求出熱流密 度。但隨著應用場合的不同會對熱流密度計有不同的要求。對于一些 復雜的環(huán)境，如高溫高壓被測管道內(nèi)流動，想要測量高溫高壓流體沿 被測管道壁厚方向傳遞的熱流密度就非常困難，如果進一步要求得局 部的換熱系數(shù)，就要求同步測量出流體的近壁面溫度。對于這種復雜 的情況，上述的幾種熱流密度計均不能適用。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中的測量儀器無法滿足高溫高壓狀態(tài)下熱流密度 測量的狀況，本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡單，可應用于測量高 溫高壓條件下被測管道內(nèi)流體與管壁間進行熱交換時的熱流密度以 及換熱系數(shù)的熱流密度計，而且本發(fā)明的密度計能同步測量流體溫 度。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是-
一種熱流密度計，包括熱電偶，銅管，連接導線；銅管為一端封 閉另一端開口的管狀結構，在管壁上與管壁的端部均設置有孔，孔中 設置有熱電偶，與熱電偶尾部相連接的各導線從銅管的開口一端引出, 所述銅管的外壁上設置有固定裝置。
所述的熱電偶至少有一個通過銅管端部的孔并從孔中伸出。所述 的熱電偶的端部不高于銅管的管壁的外輪廓線。所述的熱電偶的尾部 的導線相互絕緣，不得扭曲纏繞。所述的熱電偶至少為一根。
所述的熱電偶與銅管之間使用熔焊的方法連接。所述的銅管為紫 銅管。
所述的銅管端部輪廓線垂直于銅管軸線或者對稱于銅管軸線。 所述銅管上設置的固定裝置，包括下底座、卡箍、卡套。 本發(fā)明的熱流密度計能承受高溫高壓的工作環(huán)境條件，所述熱流 密度計可以同步測量流體溫度，測量得出的換熱系數(shù)的誤差更小。
圖1是本發(fā)明本體紫銅管及熱電偶示意圖； 圖2是本發(fā)明的卡箍式連接裝置示意圖 圖3是本發(fā)明與固定裝置連接示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。 如圖1所示，熱流密度計的本體由紫銅管2，熱電偶l-a、 l-b、 l-c、 l-d構成。該熱流密度計的外殼是一個中空的紫銅棒，使用精密加工機床對紫銅棒的中心鉆孔，使其形成一個內(nèi)部中空的管狀結
構，該銅管2的一端為封閉狀態(tài)，所述的紫銅管2端部7輪廓線垂直 于銅管軸線或者對稱于銅管軸線。在銅管2側面距端部4mm、 8mm、 12mm處分別鉆有(()l. 5,的小孔，在銅管端部7同樣鉆有相同尺寸的 小孔。將3個熱電偶絲穿入銅管2側部的小孔，使熱電偶l-a、 l-b、 l-c的端部不要突出銅管2的外壁輪廓線，與熱電偶l-a、 1-b、卜c、 卜d尾部相連接的各導線3從銅管2的開口一端引出，熱電偶l-a、 l-b、 1-c、卜d的尾部的導線3相互絕緣，不得扭曲纏繞。設置于銅 管端部7測量流體溫度的熱電偶l-d則是通過小孔伸出銅管端7部外 lmm。通過熔焊的方式使該小孔密封，各熱電偶絲也因熔焊而與銅管 連為一體。
熱流密度計的卡箍式連接裝置如圖2、圖3所示。螺紋卡套4通 過螺紋結構與下底座6連接，卡箍8位于下底座6 口部的錐體內(nèi)。安 裝使用時，在被測管道9內(nèi)壁鉆有一孔，將連接裝置的下底座6焊接 于被測管道外壁，下底座6的上部設有外螺紋。將測量用的紫銅管2 穿入孔中，使得測量銅管2端部7與被測管道9內(nèi)壁基本平齊。再將 上螺紋卡套4與下底座6通過螺紋連接，位于上螺紋卡套4與下底座 6之間的卡箍8在螺紋不斷旋緊作用下，會緊緊壓迫紫銅管2，完成 對紫銅管2的密封?？ü?也使用紫銅材料制成，這樣能保證在高溫 作用下其仍能壓緊紫銅管，使紫銅管密封完好。
由于在沿銅管2軸向方向上至少設置有1個或者多個熱電偶絲， 使用時在測量紫銅管2軸向內(nèi)部就會有相應的熱流傳遞。這樣就可以利用熱電偶測量得到的溫度變化測得沿銅管傳遞的熱流密度的大小。
有一個熱電偶絲是通過紫銅管端部7的孔伸出紫銅管外。當測量銅管 2通過固定裝置安裝于被測管道9壁內(nèi)后，所述熱電偶可以同步測量 出流經(jīng)此處的流體溫度。這樣根據(jù)傅立葉導熱定律以及流體換熱系數(shù) 的定義就可以測得該處換熱系數(shù)。由于所述熱電偶絲均是通過熔焊的 方式與紫銅管相連接，并且通過瑢焊技術使得小孔處密封，可以承受 20MPa的高壓，經(jīng)過測試在20MPa的壓力下熔焊小孔不會出現(xiàn)泄漏， 所述的熱流密度計通過卡箍式固定裝置固定，可以應用于高溫高壓的 復雜條件下。
熱流密度計的本體做好后，通過卡箍式連接裝置與被測管道9壁 面相連接。熱流密度計必須與被測管道9內(nèi)部流體接觸才能測量相應 的熱流密度及換熱系數(shù)，必須保證被測管道9內(nèi)流體不會通過所述熱 流計泄露出來，特別是當被測管道9內(nèi)部壓力較高時；這種連接方式 還得承受高溫環(huán)境的考驗，本發(fā)明采用卡箍式連接使得本熱流計既能 承受高壓也能承受高溫。
工作時熱流沿紫銅管由端部7向開口部位傳遞，測量銅管內(nèi)設置 的熱電偶感知到不同位置處的溫度，即可測出熱流密度，進而同步測 量出的流體換熱系數(shù)。具體應用時，所有熱電偶信號均通過實時數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)采集處理，可在物理現(xiàn)象發(fā)生的同時測量出相應的熱流密度 和對流換熱系數(shù)。
權利要求
1、一種熱流密度計，包括熱電偶，銅管(2)，連接導線(3)，其特征在于銅管(2)為一端封閉另一端開口的管狀結構，在管壁上與管壁的端部(7)均設置有孔，孔中設置有熱電偶(1-a、1-b、1-c、1-d)，與熱電偶(1-a、1-b、1-c、1-d)尾部相連接的各導線(3)從銅管的開口一端引出，所述銅管(2)的外壁上設置有固定裝置。
2. 根據(jù)權利要求1所述的熱流密度計，其特征在于所述的熱 電偶(l-a、 l-b、 1-c、 l-d)中至少有一個通過銅管端部的孔并從孔 中伸出。
3. 根據(jù)權利要求2所述的熱流密度計，其特征在于所述的熱電 偶(l-a、 1-b、 l-c)的端部不高于銅管(2)的管壁的外輪廓線。
4. 根據(jù)權利要求2所述的熱流密度計，其特征在于所述的熱 電偶(l-a、 1-b、 1-c、 1-d)的尾部的導線(3)相互絕緣，不得扭 曲纏繞。
5. 根據(jù)權利要求4所述的熱流密度計，其特征在于所述的熱 電偶至少為一根。
6. 根據(jù)權利要求1所述的熱流密度計，其特征在于所述的熱 電偶(1)與銅管(2)之間使用熔焊的方法連接。
7. 根據(jù)權利要求1所述的熱流密度計，其特征在于所述的銅 管(2)為紫銅管。
8. 根據(jù)權利要求1所述的熱流密度計，其特征在于所述的銅管(2)端部(7)輪廓線垂直于銅管軸線或者對稱于銅管軸線。
9.根據(jù)權利要求1所述的熱流密度計，其特征在于所述銅管 (2)上設置的固定裝置，包括下底座(6)、卡箍(8)、卡套(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱能動力工程測量領域，特別是一種測量高溫高壓狀態(tài)下的熱流密度計。一種熱流密度計，包括熱電偶，銅管，連接導線，其特征在于銅管為一端封閉，另一端開口的管狀結構，在管壁上與管壁的端部均設置有孔，孔中設置有至少一個熱電偶，與熱電偶尾部相連接的各導線從銅管的開口一端引出，所述銅管的外壁上設置有固定裝置。本發(fā)明的熱流密度計能承受高溫高壓的工作環(huán)境條件，所述熱流密度計可以同步測量流體溫度，測量得出的換熱系數(shù)的誤差更小。
文檔編號G01K7/02GK101514968SQ20091002134
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權日2009年3月3日
發(fā)明者黨高建, 旭 張, 張毅雄, 慶 毛, 王海軍, 羅毓珊, 陳聽寬 申請人:西安交通大學