專利名稱：氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于冷軋金屬板帶熱處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及熱處理工藝中的氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著各產(chǎn)業(yè)對(duì)高質(zhì)量產(chǎn)品的需求不斷增加，對(duì)金屬板熱處理的工藝要求越來(lái)越嚴(yán)格，在熱處理過程中，為了得到一定機(jī)械性能和良好表面特性的金屬板帶產(chǎn)品，需要將金屬板加熱到臨界溫度以上，然后用氣體噴吹冷卻方法，并嚴(yán)格控制冷卻速率在工藝許可的范圍內(nèi)。因此，為了開發(fā)適應(yīng)這種精細(xì)的熱處理工藝的冷卻設(shè)備，需要對(duì)氣體噴吹冷卻裝置的性能進(jìn)行測(cè)試和檢驗(yàn)，確保適應(yīng)熱處理工藝的需要。但由于熱處理往往在特殊氣氛(如純氮?dú)狻⒌獨(dú)馀c氫氣混合氣、純氫氣、氮?dú)馀c氨氣混合氣等)中進(jìn)行，這些氣體十分危險(xiǎn)或無(wú)法通過實(shí)驗(yàn)裝置直接測(cè)量，因此需要用安全的空氣替代，并將測(cè)量到的空氣的數(shù)據(jù)，換算成工程原型中真實(shí)的工作氣氛狀態(tài)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)氣體噴嘴冷卻性能進(jìn)行離線測(cè)量，且操作簡(jiǎn)便，安全性好。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)， 其特征在于它由供風(fēng)系統(tǒng)、氣體噴嘴、電加熱系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)組成；供風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、第一蝶閥、流量孔板、風(fēng)箱；風(fēng)箱的進(jìn)風(fēng)端由第一風(fēng)管與風(fēng)機(jī)的輸出口相連通，第一風(fēng)管上設(shè)有第一蝶閥和流量孔板；風(fēng)箱的出風(fēng)端設(shè)有氣體噴嘴組；電加熱系統(tǒng)由變壓器、可控硅調(diào)壓器、銅排線纜和電加熱平板組成；變壓器的輸入端與380V的交流電源相連，變壓器的輸出端設(shè)有可控硅調(diào)壓器，可控硅調(diào)壓器的輸出端由銅排線纜與電加熱平板相連；電加熱平板位于氣體噴嘴組與測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量黑箱的開口端之間；測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量黑箱與紅外熱像儀組成；測(cè)量黑箱的一端為開口端并朝向電加熱系統(tǒng)的電加熱平板，測(cè)量黑箱的另一端設(shè)有熱像儀觀測(cè)孔，熱像儀觀測(cè)孔外側(cè)設(shè)有紅外熱像儀。所述的風(fēng)箱內(nèi)安裝有均流板，均流板位于風(fēng)箱的進(jìn)風(fēng)端與出風(fēng)端之間，均流板為多孔板或格柵板，可使通入氣體噴嘴的空氣流動(dòng)更加均勻。所述的氣體噴嘴組的氣體噴嘴為窄縫噴嘴時(shí)，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于 3個(gè)；若氣體噴嘴組的氣體噴嘴為圓口噴嘴，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于7個(gè)。所述的熱像儀觀測(cè)孔為1-4個(gè)。在第一蝶閥與風(fēng)機(jī)的輸出口之間的第一風(fēng)管上連接第二風(fēng)管，第二風(fēng)管與放散器相連通，第二風(fēng)管上設(shè)有第二蝶閥。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下的主要有益效果1.該系統(tǒng)可在工程施工
3調(diào)試前，對(duì)金屬平板材料熱處理機(jī)組中采用的氣體噴嘴冷卻性能進(jìn)行離線測(cè)量；因不直接在工程原型所采用的特殊氣氛(如純氮?dú)狻⒌獨(dú)馀c氫氣混合氣、純氫氣、氮?dú)馀c氨氣混合氣等)下進(jìn)行測(cè)試，操作簡(jiǎn)便，安全性好。2.在設(shè)備正式運(yùn)行前，通過該系統(tǒng)，可測(cè)試(測(cè)量) 氣體噴嘴的參數(shù)設(shè)計(jì)是否滿足冷卻工藝需求，降低工程設(shè)計(jì)和建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)；3.測(cè)量噴嘴冷卻特性曲線，可用于二級(jí)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型參數(shù)計(jì)算，有利于一級(jí)控制系統(tǒng)以最優(yōu)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行，提高設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；4.用于開發(fā)更高性能的氣體冷卻噴嘴，并進(jìn)行可靠的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

圖1是氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)的原理圖。圖2是多臺(tái)熱像儀同時(shí)測(cè)量時(shí)的設(shè)備安裝圖。圖3是單臺(tái)熱像儀測(cè)量時(shí)的設(shè)備安裝圖。圖4是直接電加熱的接線示意圖。圖5是金屬絲/箔繞線式電加熱的接線示意圖。圖中1-風(fēng)機(jī)消音器；2-風(fēng)機(jī)；3-第一蝶閥(手動(dòng)蝶閥)；4-流量孔板；5-風(fēng)箱；6-均流板；7-氣體噴嘴；8-測(cè)量黑箱；9-熱像儀觀測(cè)孔；10-紅外熱像儀；11-交流電源；12-變壓器；13-可控硅調(diào)壓器；14-銅排線纜；15-電加熱平板；16-放散器；17-電極； 18-觀測(cè)孔盲板；19-標(biāo)記用細(xì)金屬絲；20-蛇形金屬箔/絲；21-第二蝶閥。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)，它由供風(fēng)系統(tǒng)、氣體噴嘴、電加熱系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)組成；供風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)2、第一蝶閥3、流量孔板4、風(fēng)箱5 ；風(fēng)箱5的進(jìn)風(fēng)端由第一風(fēng)管與風(fēng)機(jī)2的輸出口相連通，第一風(fēng)管上設(shè)有第一蝶閥3和流量孔板4 ；風(fēng)箱5的出風(fēng)端(出風(fēng)端面)設(shè)有氣體噴嘴組，在第一蝶閥3與風(fēng)機(jī)2的輸出口之間的第一風(fēng)管上連接第二風(fēng)管，第二風(fēng)管與放散器16相連通，第二風(fēng)管上設(shè)有第二蝶閥21 ；電加熱系統(tǒng)由變壓器12、可控硅調(diào)壓器13、銅排線纜14和電加熱平板15組成；變壓器的輸入端與380V的交流電源11相連，變壓器的輸出端設(shè)有可控硅調(diào)壓器13，可控硅調(diào)壓器13的輸出端由銅排線纜14與電加熱平板15相連；電加熱平板15位于氣體噴嘴組與測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量黑箱的開口端之間；測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量黑箱與紅外熱像儀10組成；測(cè)量黑箱的一端為開口端并朝向電加熱系統(tǒng)的電加熱平板15，測(cè)量黑箱的另一端設(shè)有熱像儀觀測(cè)孔9，熱像儀觀測(cè)孔9外側(cè)設(shè)有紅外熱像儀10。所述的風(fēng)箱5內(nèi)安裝有均流板6，均流板6位于風(fēng)箱5的進(jìn)風(fēng)端與出風(fēng)端之間，均流板6為多孔板或格柵板，可使通入氣體噴嘴7的空氣流動(dòng)更加均勻。所述的氣體噴嘴組的氣體噴嘴為窄縫噴嘴時(shí)，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于 3個(gè)(一般采用3-20個(gè))；若氣體噴嘴組的氣體噴嘴為圓口噴嘴，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于7個(gè)(一般采用7-30個(gè))。所述的熱像儀觀測(cè)孔9為1-4個(gè)(具體個(gè)數(shù)根據(jù)需要確定)。由于風(fēng)機(jī)2在低負(fù)荷時(shí)容易發(fā)生喘振，因此在啟動(dòng)風(fēng)機(jī)以及低流量時(shí)(流量^ 10 20%風(fēng)機(jī)額定流量時(shí))，需要打開旁路的第二蝶閥21 ；當(dāng)風(fēng)機(jī)流量增大至其額定流量(風(fēng)機(jī)的額定流量，應(yīng)為氣體噴嘴在最大實(shí)驗(yàn)流速下，氣體管道總流量的110 150% ) 的三分之一以上后(或參考風(fēng)機(jī)廠家提供的P-V曲線，確定風(fēng)機(jī)不會(huì)發(fā)生喘振的流量值)， 關(guān)閉旁路的第二蝶閥21。本實(shí)用新型以熱平衡法為基本原則，將空氣鼓入待測(cè)量的氣體噴嘴，對(duì)電加熱的平板進(jìn)行冷卻。待平板溫度穩(wěn)定，即系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后，測(cè)量加熱電流和電壓，作為此時(shí)氣體噴嘴的冷卻功率，并通過傳熱學(xué)Nu/Ren相似原則，換算為噴嘴在其他氣體冷卻介質(zhì)或工況時(shí)的冷卻功率。本實(shí)用新型提供的氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量方法，具體是以室溫空氣為冷卻介質(zhì)，通過一組噴嘴對(duì)電加熱平板進(jìn)行冷卻熱平衡實(shí)驗(yàn)，測(cè)得平板表面平均溫度達(dá)到某個(gè)穩(wěn)定值時(shí)的電加熱功率，以此功率作為噴嘴在此狀態(tài)下的冷卻功率，并運(yùn)用氣體射流換熱問題中較為公認(rèn)的Martin理論作為不同工況間的基本相似準(zhǔn)則，換算成實(shí)際工程應(yīng)用中的工況下噴嘴的冷卻能力。本實(shí)用新型所基于的Martin理論認(rèn)為，針對(duì)垂直射流的圓形噴嘴陣列dW +)6]—。。5-V7 卜0.2277 廠W
Pr0'420.6/^/1 + 0.2(///1)-6)7/2000 彡 Re 彡 100，000，0. 004 彡 f 彡 0. 042 彡 H/D 彡 12式中，Nu為平板上氣體的平均努賽爾數(shù)，Pr為氣體的普朗特?cái)?shù)，Re表示雷諾數(shù)， (衾滅稱歹丨撤一例棚寺難，f力-_車另勵(lì)(輕循和 粘-嘴陣列總面積之比值)。若為出口處直接開圓孔的噴箱形式，需要用截面收縮系數(shù)ε來(lái)修正w，D，f:w' =Wls-D =D/^;f = f ε式中，W'表示收縮后的噴嘴處氣流速度，D'表示收縮后的噴口直徑，Γ表示收縮后的噴嘴陣列系數(shù)。對(duì)于平行狹縫陣列
P00O71 r ^u Λ -2 f 3/4, 2Re 2/3f0 (H/S) = [60+4(H/S_2)2r1/21500 彡 Re 彡 40，000，0. 008 彡 f 彡 2. 5f0 (H/S)1 彡 H/D 彡 40式中，f0表示窄縫噴嘴的陣列特征系數(shù)兩種噴嘴的計(jì)算式中，雷諾數(shù)Re = wS/v，普朗特?cái)?shù)ft· = ν/α其中H為噴嘴到固體表面的垂直距離(m)，D為圓噴嘴直徑(m)，B為狹縫噴嘴寬度(m)，S為流動(dòng)特征尺寸(圓噴嘴S = D，狹縫噴嘴S = 2B)，w為噴射速度(m/s)，ν為運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度(m2/s)，α為氣體的熱擴(kuò)散率(m2/s)，f為噴嘴陣列系數(shù)(即噴嘴的開口面積與噴嘴陣列總面積之比值)。努賽爾數(shù)Nu和氣體與平板間的對(duì)流傳熱系數(shù)h之間有如下關(guān)系h = ，其中k為氣體的導(dǎo)熱系數(shù)(W/m. K)
S式中，h為對(duì)流傳熱系數(shù)，S表示流動(dòng)特征尺寸。設(shè)進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)空氣的各項(xiàng)物性參數(shù)下標(biāo)記為1，工程原型中使用的氣體為2，則對(duì)于同一噴嘴組來(lái)說，存在以下相似關(guān)系
f )2/3 _ , ^ti ^0.42冷卻功率1= H
β2 {W2VlJ其中定義ΔΤ = T平板-T氣體通過測(cè)得在室溫空氣介質(zhì)下的Ql (即通入空氣的噴嘴的強(qiáng)制冷卻功率)，即可按照上述公式，根據(jù)工程中所使用的氣體的物性和實(shí)際溫差△ T2，得到工程原型中氣體的冷卻能力Q2。下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型提供的方法是通過氣體噴嘴與被其冷卻的電加熱平板之間熱平衡的， 測(cè)量該狀態(tài)下的噴嘴冷卻功率，然后通過噴嘴在不同氣體介質(zhì)和工作狀態(tài)下的換算公式， 得到在實(shí)際工程運(yùn)行狀態(tài)下，該噴嘴的冷卻能力。本實(shí)驗(yàn)中溫度設(shè)定值，由實(shí)驗(yàn)員根據(jù)工程原型中被冷卻的熱金屬平板的溫度范圍、平板15的耐溫能力以及紅外熱像儀10的最佳測(cè)量溫度區(qū)間，綜合考慮后確定?？蓛H取上述三者的交集區(qū)間的中間值，進(jìn)行一組實(shí)驗(yàn)；如需要提高實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的可靠性，可在上述三個(gè)溫度區(qū)間交集中，每隔約20°C 30°C取一溫度設(shè)定點(diǎn)，反復(fù)進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，然后將多組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行曲線回歸。實(shí)驗(yàn)中流量的設(shè)定值，應(yīng)保證在此流量下，噴嘴處的雷諾數(shù)Re 與工程原型中的噴嘴工作時(shí)的Re基本一致(偏差范圍不超過工程原型中Re的士20% )。氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量方法，它包括如下步驟第一步，氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)備氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)由供風(fēng)系統(tǒng)、氣體噴嘴、電加熱系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)組成；供風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)消音器1、風(fēng)機(jī)2、第一蝶閥3、流量孔板4、風(fēng)箱5 ；風(fēng)箱5的進(jìn)風(fēng)端由第一風(fēng)管與風(fēng)機(jī)2的輸出口相連通，第一風(fēng)管上設(shè)有第一蝶閥3和流量孔板4 ；風(fēng)箱5的出風(fēng)端設(shè)有氣體噴嘴組，風(fēng)箱5內(nèi)安裝有均流板6，均流板6位于風(fēng)箱5的進(jìn)風(fēng)端與出風(fēng)端之間，均流板6為多孔板或格柵板，可使通入氣體噴嘴7的空氣流動(dòng)更加均勻；在第一蝶閥3與風(fēng)機(jī)2的輸出口之間的第一風(fēng)管上連接一第二風(fēng)管，第二風(fēng)管與放散器16相連通即此外供風(fēng)系統(tǒng)還有一支旁路通過第二蝶閥21 進(jìn)入放散器16放散(氣體放散口 )，第二風(fēng)管上設(shè)有第二蝶閥21。所述的氣體噴嘴組的氣體噴嘴7為窄縫噴嘴時(shí)，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于3個(gè)；若氣體噴嘴組的氣體噴嘴7為圓口噴嘴，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于7個(gè)。電加熱系統(tǒng)由交流電源11、變壓器(降壓器)12、可控硅調(diào)壓器13、銅排線纜14和電加熱平板(加熱面板)15組成；變壓器的輸入端與380V的交流電源11相連，變壓器的輸出端設(shè)有可控硅調(diào)壓器13，可控硅調(diào)壓器13的輸出端由銅排線纜14與電加熱平板15相連；電加熱平板15位于氣體噴嘴組與測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量黑箱的開口端之間。 測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量黑箱與紅外熱像儀10組成；測(cè)量黑箱的一端為開口端并朝向電加熱平板，測(cè)量黑箱的另一端設(shè)有熱像儀觀測(cè)孔9，熱像儀觀測(cè)孔9外側(cè)設(shè)有紅外熱像儀 10。所述的熱像儀觀測(cè)孔9為1-4個(gè)。第二步，噴嘴冷卻的空白實(shí)驗(yàn)，打開交流電源11，啟動(dòng)可控硅調(diào)壓器13，將電壓逐步調(diào)高，電流通過銅排線纜14和電加熱平板15構(gòu)成的加熱回路，將電加熱平板15加熱； 電壓上調(diào)時(shí)應(yīng)循序漸進(jìn)，每次上調(diào)幅度不超過當(dāng)前電壓值的10% (避免電壓過調(diào)，以保護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備)，并且穩(wěn)定在此加熱功率至少40秒時(shí)間；若電加熱平板15的厚度(厚度> 3 5mm)和面積較大(面積> 150000 200000mm2)，其熱容和熱慣性也較大，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)溫度穩(wěn)定的時(shí)間，保證通過紅外熱像儀10觀測(cè)到的電加熱平板15的表面溫度，在30秒內(nèi)波動(dòng)幅度維持此次實(shí)驗(yàn)設(shè)定值的3%以下；測(cè)量者通過紅外熱像儀10觀測(cè)電加熱平板15的表面溫度變化，直到其電加熱平板15的板面平均溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定值；為了提高溫度的測(cè)量精度，電加熱平板15的板面平均溫度的實(shí)驗(yàn)設(shè)定值應(yīng)至少高于空氣以及環(huán)境溫度30°C以上，實(shí)驗(yàn)設(shè)定值上限值由電加熱平板15的材質(zhì)耐溫程度以及紅外熱像儀量程確定；電加熱平板15穩(wěn)定在溫度設(shè)定值后，測(cè)量整個(gè)加熱回路的電流和電壓值；其中電壓值可以通過可控硅調(diào)壓器13自帶的電壓表測(cè)得，電流值可以使用鉗形表電流計(jì)測(cè)得；重復(fù)測(cè)量電流電壓值超過3次，2次間隔不少于5min，將每次電流值Itl和電壓值Vtl記錄下來(lái)，其乘積的平均值 P0(即平均加熱功率)作為無(wú)噴嘴強(qiáng)制冷卻時(shí)的系統(tǒng)散熱量。第三步，先關(guān)電加熱系統(tǒng)，啟動(dòng)供風(fēng)系統(tǒng)；在氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)使用之前，需要首先啟動(dòng)供風(fēng)系統(tǒng)，并采集風(fēng)箱5的流量數(shù)據(jù)；由于風(fēng)機(jī)2在低負(fù)荷時(shí)容易發(fā)生喘振，因此在啟動(dòng)風(fēng)機(jī)以及低流量時(shí)(流量< 10 20%風(fēng)機(jī)額定流量時(shí))，需要打開旁路的第二蝶閥21 ；當(dāng)風(fēng)機(jī)流量增大至其額定流量(風(fēng)機(jī)的額定流量，應(yīng)為噴嘴在最大實(shí)驗(yàn)流速下，氣體管道總流量的110 150%)的三分之一以上后(或參考廠家提供的P-V曲線， 確定風(fēng)機(jī)不會(huì)發(fā)生喘振的流量值)，關(guān)閉旁路的第二蝶閥21，逐漸加大主回路上的蝶閥3 的開度，直至流量孔板4測(cè)得的氣體流量達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定的氣體流量(實(shí)驗(yàn)中空氣流量的設(shè)定值，應(yīng)保證在此流量下，噴嘴口處的雷諾數(shù)Re與工程原型中的噴嘴口的Re偏差不超過 ±20% )。測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，空氣在噴嘴處的流速W1 =流量孔板4測(cè)得的氣體流量/噴嘴截面積； 此流速設(shè)定時(shí)需要保證其Re1 = W1S1A1的范圍在Martin理論的適用范圍內(nèi)，即對(duì)于窄縫噴嘴Re1在1500 40000，對(duì)于圓口噴嘴Re1為2000 100000，Re1空氣在噴嘴處的雷諾數(shù)， S1表示噴嘴的流動(dòng)特征尺寸。同時(shí)為了保證流量孔板4的測(cè)量精度，噴嘴處氣流速度不宜低于lOm/s。窄縫噴嘴組，其噴嘴數(shù)量不少于3個(gè)；若為圓口噴嘴，其數(shù)量不少于7個(gè)。第四步，電加熱平板加熱重復(fù)第二步的步驟，啟動(dòng)電加熱系統(tǒng)，但溫度測(cè)量值穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)超過5min。此時(shí)測(cè)得的加熱功率記為P1 (將每次電流值I1和電壓值V1記錄下來(lái)， 其乘積的平均值為P1)。第五步，空氣冷卻功率的測(cè)量扣除掉氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)本身在此電加熱平板溫度下的散熱量，即為通入空氣的噴嘴的強(qiáng)制冷卻功率，記為A = P1-P00第六步，噴嘴冷卻功率的換算工程實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的噴嘴冷卻能力記為％，則
、2/3Q2=Qv' “ V
Yl2 2 X - χ - XΡΓ2Iv2;1Vpr1J 其中W1為測(cè)量系統(tǒng)中空氣在噴嘴處的流速(通過流量/噴口截面積計(jì)算得到)，V1
7為空氣的運(yùn)動(dòng)粘度，△ T1為電加熱平板與噴嘴處空氣的溫差，Ic1為空氣在實(shí)驗(yàn)溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)(可查傳熱手冊(cè)的氣體物性表得到)，Pr1為空氣的普朗特?cái)?shù)(可查傳熱手冊(cè)的氣體物性表得到)；w2為工程原型中氣體的流速(工程原型中使用的氣體通常為純氮?dú)?，氮?dú)馀c氫氣混合氣，純氫氣，或氮?dú)馀c氨氣混合氣等)，V2為工程原型中氣體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)粘度，AT2 為被冷卻的電加熱平板表面與噴嘴處氣體的溫差，k2為工程原型中氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，Pr2為工程原型中氣體介質(zhì)的普朗特?cái)?shù)。查閱傳熱手冊(cè)時(shí)，氣體的定性溫度一般為噴嘴出口處氣溫與加熱平板表面溫度的平均值。特別注意的是，若工程原型中的混合氣體，在其工作溫度區(qū)間內(nèi)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或有相變，則不可采用本實(shí)用新型所述的方法進(jìn)行測(cè)量。下面簡(jiǎn)述氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)的安裝方法。由于紅外熱像儀(熱像儀)10的視野范圍有限，在被測(cè)的電加熱平板面積較大時(shí) (能測(cè)量的面積，由熱像儀鏡頭的視野范圍決定)，一臺(tái)熱像儀可能無(wú)法覆蓋整個(gè)電加熱平板區(qū)域的溫度測(cè)量。為此，可以采取兩種解決方案。當(dāng)有多臺(tái)熱像儀時(shí)，采取如圖2的方式， 在測(cè)量黑箱8上開多個(gè)熱像儀觀測(cè)孔(觀測(cè)孔)9 (通常不超過4個(gè))，架設(shè)多臺(tái)熱像儀10 同時(shí)測(cè)量，然后將所有熱像儀10的熱成像照片傳回電腦，進(jìn)行實(shí)時(shí)拼接。當(dāng)僅有一臺(tái)熱像儀10時(shí)，可采取如圖3的方式，開多個(gè)觀測(cè)孔9 (通常不超過4個(gè))，每次測(cè)量時(shí)，先用觀測(cè)孔盲板18封閉暫時(shí)不用的觀測(cè)孔，以避免外部空間對(duì)熱成像造成影響。然后在同一穩(wěn)定的測(cè)量狀態(tài)下，用同一臺(tái)熱像儀分次測(cè)量，再將每次的熱成像照片進(jìn)行拼接。為了拼接圖像的方便，需要在電加熱平板或者熱成像照片上做標(biāo)記，但是普通的標(biāo)記無(wú)法在紅外熱成像照片上面得到投影，因此可在測(cè)量黑箱8內(nèi)部，貼近電加熱平板15處，沿橫向與縱向拉上數(shù)根標(biāo)記用細(xì)金屬絲19 (一般選用直徑在Imm以下的細(xì)鋼絲)，由于金屬絲溫度比電加熱平板溫度低，會(huì)在紅外照片上形成一道細(xì)長(zhǎng)的暗色線條，作為紅外熱成像照片拼接的標(biāo)記線。電加熱平板的直接加熱方式有兩種，一種是平板本身作為導(dǎo)體通電發(fā)熱，另一種是在電加熱平板中安裝導(dǎo)體通電發(fā)熱。如圖4所示的方式，是將電加熱平板15本身作為導(dǎo)體，夾持在電極17之間，直接通電發(fā)熱的方式。電加熱平板選擇電阻較大的金屬材質(zhì)，不可選鋁、銅等電阻率小的金屬，以免電壓加熱功率集中在外部導(dǎo)線銅排14上。此種加熱方式的平板表面上限溫度較高，例如采用耐熱不銹鋼板，最高表面溫度可達(dá)到500 600°C (空氣中)，但由于材質(zhì)內(nèi)部的組織均勻性等問題，電加熱平板表面的溫度均勻性較差，表面溫差會(huì)超過10°C，嚴(yán)重的可能達(dá)到50°C。若電加熱平板最高表面溫度低于250°C時(shí)，可選擇如圖5的加熱方式，選擇耐熱絕緣有機(jī)材料(如高溫硅膠)作為平板材料，在平板內(nèi)部用鋁或銅金屬箔/絲，以蛇形盤繞方式覆蓋平板的全部面積。這種方式的溫度均勻性好，一般可保證電加熱平板各處的溫度偏差在5°C以內(nèi)，電加熱功率最高可達(dá)4W/cm2。應(yīng)用實(shí)例1 若原型工程中采用50°C的純氮?dú)猓瑖娮焯帤饬魉俣萕2 = 30m/s，金屬板表面溫度為160-240°C，進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)的空氣溫度為20°C時(shí)步驟1 由于平板溫度低于250°C，宜選用如圖5的電加熱方式；步驟2 若只進(jìn)行一組實(shí)驗(yàn)，電加熱平板15的設(shè)定溫度優(yōu)選200°C ；若進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，可選擇設(shè)定溫度在160°C、180°C、200°C、220°C、240°C分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。步驟3:以只進(jìn)行一組實(shí)驗(yàn)，平板15的溫度設(shè)定值取200 °C為例。AT1 =2000C -200C= 180°C?？諝獾奈锢硇再|(zhì)定性溫度為(20°C +200°C )+2 = 110°C，查傳熱手冊(cè)得空氣的 V1 = 37. 90X 10_6m2/s，Pr1 = 0. 68, ^ = 0. 04038ff/m. °C。工程原型中，氮?dú)獾亩ㄐ詼囟葹?50°C +200°C ) +2 = 125°C，查傳熱手冊(cè)，氮?dú)獾?V2 = 37. 66 X 10"6m2/s, Pr2 = 0. 684，k2 = 0. 03984ff/m. °C，則噴嘴實(shí)驗(yàn)時(shí)的氣流速度設(shè)定值取W1 = W2Xv1A2 = 30. 19m/
So步驟4:首先進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，假設(shè)不啟動(dòng)供風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，平板達(dá)到熱平衡時(shí)的加熱電功率為AW。步驟5 然后進(jìn)行冷卻性能的測(cè)試。實(shí)際操作時(shí)，無(wú)法做到與溫度和速度設(shè)定值精確匹配，一般以溫度設(shè)定值為系統(tǒng)穩(wěn)定的基準(zhǔn)，假設(shè)此時(shí)實(shí)測(cè)的速度值W1為32m/s，加熱電功率為50kW。步驟6 典型工況的功率換算。
工程原型中，實(shí)際工況下噴嘴的冷卻能力A為
權(quán)利要求1.氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于它由供風(fēng)系統(tǒng)、氣體噴嘴、電加熱系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)組成；供風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)O)、第一蝶閥(3)、流量孔板、風(fēng)箱(5)；風(fēng)箱(5)的進(jìn)風(fēng)端由第一風(fēng)管與風(fēng)機(jī)⑵的輸出口相連通，第一風(fēng)管上設(shè)有第一蝶閥⑶和流量孔板 (4)；風(fēng)箱(5)的出風(fēng)端設(shè)有氣體噴嘴組；電加熱系統(tǒng)由變壓器(12)、可控硅調(diào)壓器(13)、銅排線纜(14)和電加熱平板(15) 組成；變壓器的輸入端與380V的交流電源(11)相連，變壓器的輸出端設(shè)有可控硅調(diào)壓器 (13)，可控硅調(diào)壓器(1 的輸出端由銅排線纜(14)與電加熱平板(1 相連；電加熱平板 (15)位于氣體噴嘴組與測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量黑箱的開口端之間；測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量黑箱與紅外熱像儀(10)組成；測(cè)量黑箱的一端為開口端并朝向電加熱系統(tǒng)的電加熱平板(15)，測(cè)量黑箱的另一端設(shè)有熱像儀觀測(cè)孔(9)，熱像儀觀測(cè)孔(9)外側(cè)設(shè)有紅外熱像儀(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述的風(fēng)箱(5) 內(nèi)安裝有均流板(6)，均流板(6)位于風(fēng)箱(5)的進(jìn)風(fēng)端與出風(fēng)端之間，均流板(6)為多孔板或格柵板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述的氣體噴嘴組的氣體噴嘴為窄縫噴嘴時(shí)，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于3個(gè)；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于氣體噴嘴組的氣體噴嘴為圓口噴嘴，氣體噴嘴組的氣體噴嘴數(shù)量不少于7個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述的熱像儀觀測(cè)孔(9)為1-4個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于在第一蝶閥(3) 與風(fēng)機(jī)O)的輸出口之間的第一風(fēng)管上連接第二風(fēng)管，第二風(fēng)管與放散器(16)相連通，第二風(fēng)管上設(shè)有第二蝶閥01)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于冷軋金屬板帶熱處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及熱處理工藝中的氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)。氣體噴嘴冷卻性能的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于它由供風(fēng)系統(tǒng)、氣體噴嘴、電加熱系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)組成；供風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、第一蝶閥、流量孔板、風(fēng)箱；風(fēng)箱的出風(fēng)端設(shè)有氣體噴嘴組；電加熱系統(tǒng)由變壓器、可控硅調(diào)壓器、銅排線纜和電加熱平板組成；電加熱平板位于氣體噴嘴組與測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量黑箱的開口端之間；測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量黑箱與紅外熱像儀組成；測(cè)量黑箱的一端為開口端并朝向電加熱系統(tǒng)的電加熱平板，測(cè)量黑箱的另一端設(shè)有熱像儀觀測(cè)孔，熱像儀觀測(cè)孔外側(cè)設(shè)有紅外熱像儀。該系統(tǒng)可對(duì)各種形式的氣體噴嘴冷卻性能進(jìn)行離線測(cè)量，且操作簡(jiǎn)便，安全性好。
文檔編號(hào)G01M13/00GK202210026SQ20112032425
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者伍成波, 廖慧 申請(qǐng)人:中冶南方(武漢)威仕工業(yè)爐有限公司