專利名稱：板翅式換熱器氣液兩相流分布特性測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種板翅式換熱器氣液兩相流分布特性測試裝置，屬于板翅式換熱器氣液兩相混合和分配技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
板翅式換熱器是一類由板束、封頭、接管以及支座等附件組成，并以翅片作為其傳熱元件的高效換熱器。其中，板束由兩種或兩種以上的層通道単元間隔疊加組成，每層通道由翅片、隔板以及封條等構(gòu)成。該類換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊以及適應(yīng)性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石化、空分、制冷以及航空航天等領(lǐng)域。 板翅式換熱器內(nèi)介質(zhì)分配不均是引起其傳熱性能下降的主要原因，尤其針對(duì)介質(zhì)為氣液兩相時(shí)，由于氣液兩相密度不同，流動(dòng)慣性存在一定差異，導(dǎo)致?lián)Q熱器各通道內(nèi)氣液兩相存在較嚴(yán)重的分配不均，致使換熱器換熱效率大幅降低。為此，有必要對(duì)板翅式換熱器內(nèi)氣液兩相的流動(dòng)特性進(jìn)行研究，通過エ況或結(jié)構(gòu)改進(jìn)，改善其內(nèi)兩相流的分布狀況，并最終提高換熱器的換熱性能。目前，針對(duì)板翅式換熱器內(nèi)兩相流的分布特性，除了理論和數(shù)值研究外，許多學(xué)者也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。由于板翅式換熱器內(nèi)通道眾多且狹小，對(duì)各通道分別進(jìn)行測量不現(xiàn)實(shí)，為此，常用做法是將板翅式換熱器出口均勻劃分成若干區(qū)域，每ー區(qū)域引出ー個(gè)流道，通過對(duì)各流道內(nèi)氣液兩相的測量，從而獲得換熱器內(nèi)氣液兩相的宏觀分布特性。測量時(shí)，通過閥門切換，以一定周期依次將各被測流道単獨(dú)引入支管管路進(jìn)行氣液分離和測量，其他流道則引入?yún)R總管路，并最終引入相應(yīng)的儲(chǔ)水罐或儲(chǔ)水槽內(nèi)。實(shí)驗(yàn)過程中，由于匯總管路和支管管路壓降不同，為此，需在支管管路和匯總管路上安裝節(jié)流閥，并在支管管路與匯總管路間安裝壓差傳感器，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥以保證支管管路與匯總管路間壓差近似，從而減少因壓降不同而引起的管內(nèi)流體流態(tài)變化。由于實(shí)際測量過程中，各出ロ在匯總管路的混合作用以及閥門間的切換影響，將引起匯總管路和支管管路內(nèi)壓カ產(chǎn)生一定波動(dòng)，需人為不斷調(diào)整節(jié)流閥。因此，此類測量方法存在一定誤差，測量穩(wěn)定性較差。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供ー種新的板翅式換熱器氣液兩相流分布特性測試裝置。為解決技術(shù)問題，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案本實(shí)用新型提供了一種板翅式換熱器氣液兩相流分布特性測試裝置，包括分別布置于板翅式換熱器出ロ均勻劃分區(qū)域內(nèi)的各引出的流道，在每個(gè)引出的流道上均設(shè)置有氣液分離器和流量測量裝置。作為ー種改進(jìn)，所述各引出的流道布置于同一水平面上。作為ー種改進(jìn)，所述的氣液分離器的入口管以切線方向安裝于分離器側(cè)面，出水管安裝于底部，呈U形。[0010]作為ー種改進(jìn)，所述流量測量裝置包括氣體渦輪流量計(jì)和量筒。作為ー種改進(jìn)，所述板翅式換熱器的入口處和各引出的流道均設(shè)有壓力傳感器與溫度傳感器，流量測量裝置以及各壓カ傳感器、溫度傳感器均通過信號(hào)線經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接至エ控機(jī)。作為ー種改進(jìn)，所述板翅式換熱器的入口管路上接有氣液混合器，液體供應(yīng)管路和氣體供應(yīng)管路均接至氣液混合器。作為ー種改進(jìn)，所述的氣液混合器分為一路液體進(jìn)ロ段、三路氣體進(jìn)ロ段以及四路氣液出ロ段；其中，液體進(jìn)ロ段開設(shè)均布小孔，氣液出ロ末端安裝霧化噴頭。 作為ー種改進(jìn)，所述液體供應(yīng)管路上的設(shè)備包括依次連接的儲(chǔ)水槽、離心清水泵、液體過濾器和液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)接至氣液混合器；所述氣體供應(yīng)管路上的設(shè)備包括依次連接的螺桿式空壓機(jī)、緩沖罐、ー級(jí)空氣過濾器、ニ級(jí)空氣過濾器、減壓閥和氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)接至氣液混合器。本實(shí)用新型所述板翅式換熱器氣液兩相流分布特性測試裝置，其運(yùn)用方法包括使氣液兩相流進(jìn)入板翅式換熱器，并將板翅式換熱器出口均勻劃分成若干區(qū)域，每ー區(qū)域引出ー個(gè)流道，對(duì)各流道內(nèi)氣液兩相進(jìn)行測量；在每個(gè)引出的流道上均設(shè)置氣液分離器和流量測量裝置，同時(shí)對(duì)各流道內(nèi)氣液兩相進(jìn)行分離和測量。在板翅式換熱器的入口處和各引出的流道上設(shè)置壓力傳感器與溫度傳感器，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將測試過程中各壓カ傳感器、溫度傳感器以及流量測量裝置的測量信號(hào)傳送至エ控機(jī)，并由エ控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖形顯示。本實(shí)用新型的有益效果在于由于本實(shí)用新型采用基于多元并測結(jié)構(gòu)的氣液兩相分離和測量系統(tǒng)，對(duì)板翅式換熱器各出口的氣液兩相流同時(shí)進(jìn)行分離和測量，避免了因壓降不等而引起的管內(nèi)流體流態(tài)變化，同時(shí)由于無需安裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的切換系統(tǒng)，消除了因閥門切換而導(dǎo)致的管內(nèi)流體波動(dòng)，因此，具有檢測精度高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便以及實(shí)時(shí)性高等優(yōu)點(diǎn)。

圖I是本實(shí)用新型所述的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是基于多元并測結(jié)構(gòu)的氣液兩相分離和測量系統(tǒng)俯視圖。圖3是基于現(xiàn)有技術(shù)的氣液兩相分尚和測量系統(tǒng)不意圖。附圖標(biāo)號(hào)說明1儲(chǔ)水槽；2液體過濾器；3、6、9調(diào)節(jié)閥；4離心清水泵；5三通閥；7液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)；8氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)；10減壓閥；11 ニ級(jí)空氣過濾器；12 —級(jí)空氣過濾器；13緩沖罐；14螺桿式空壓機(jī)；15氣液混合器；16直通視鏡；17、20壓カ傳感器；18、21溫度傳感器；19板翅式換熱器；22氣液分離器；23氣體渦輪流量計(jì)；24量筒；25數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；26エ控機(jī)；27、31節(jié)流閥；28測量支管；29差壓傳感器；30測量總管。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型中，氣體和液體通過氣液混合器混合，形成的氣液兩相流進(jìn)入板翅式換熱器，并在其內(nèi)形成一定的氣液分布，采用氣液分離器和流量測量裝置對(duì)換熱器出口的兩相流進(jìn)行分離和測量，從而獲得板翅式換熱器內(nèi)兩相流的分布特性。采用基于多元并測結(jié)構(gòu)的氣液兩相分離和測量系統(tǒng)對(duì)板翅式換熱器各出口的氣液兩相流進(jìn)行分離和測量?；诙嘣y結(jié)構(gòu)的氣液兩相分離和測量系統(tǒng)指的是板翅式換熱器各出口均連接氣液分離器和流量測量裝置，同時(shí)對(duì)換熱器各出口的氣液兩相流進(jìn)行分離和測量。
以下結(jié)合附圖1、2、3對(duì)本次實(shí)用新型做詳細(xì)描述。本實(shí)用新型所述裝置的測試方法包含以下操作步驟I、氣路傳輸螺桿式空壓機(jī)14工作，將一定流量Vl的空氣打入緩沖罐13，待緩沖罐13達(dá)到指定壓カPl后，螺桿式空壓機(jī)14自動(dòng)停止，此時(shí)，打開調(diào)節(jié)閥9，空氣隨即從緩沖罐13流出，依次經(jīng)過ー級(jí)空氣過濾器12、ニ級(jí)空氣過濾器11、減壓閥10以及氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)8。其中，一級(jí)空氣過濾器12和ニ級(jí)空氣過濾器11用于過濾空氣中的雜質(zhì)，減壓閥10用于穩(wěn)定氣路中的壓カP2，氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)8用于測量空氣的流量。待緩沖罐13內(nèi)的壓カ減至指定壓カP3(P2<P3<P1)后，螺桿式空壓機(jī)14自動(dòng)開啟補(bǔ)氣，補(bǔ)氣量應(yīng)大于管道中的氣體流量，待緩沖罐13達(dá)到指定壓カPl后，螺桿式空壓機(jī)14自動(dòng)停止。2、水路傳輸打開旁路調(diào)節(jié)閥3和主調(diào)節(jié)閥6，并啟動(dòng)離心清水泵4，將儲(chǔ)水槽I中的水泵入水路管道，依次經(jīng)過液體過濾器2、清水泵4、三通閥5、調(diào)節(jié)閥3，6以及液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)7。其中，液體過濾器2用于過濾水中的雜質(zhì)，調(diào)節(jié)閥3，6用于調(diào)節(jié)水量，液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)7用于測量管路中的水量。3、氣液混合經(jīng)管路傳輸過來的空氣和水在氣液混合器15中混合，并形成一定氣液比和氣液分布的霧化兩相流，該兩相流經(jīng)直通視鏡16后進(jìn)入板翅式換熱器19內(nèi)。直通視鏡16用于肉眼觀測形成的氣液兩相流態(tài)。4、氣液分離經(jīng)氣液混合器15混合后的氣液兩相流流入板翅式換熱器19后，在其內(nèi)進(jìn)行氣液分布，分布后的氣液兩相流從板翅式換熱器19的8路出ロ流出，分別進(jìn)入各自對(duì)應(yīng)的氣液分離器22和流量計(jì)進(jìn)行氣液分離和測量，其中，分離的氣相從分離器上部流出，并通過氣體渦輪流量計(jì)23進(jìn)行測量，分離的液相則依靠重力和離心分離流入分離器底部并積累，當(dāng)氣液分離器內(nèi)累計(jì)的液相液面升至一定高度后，水從U型管溢出，溢出的水量通過量筒24和秒表進(jìn)行測量。5、數(shù)據(jù)測量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲得板板翅式換熱器19的進(jìn)出ロ溫度和壓カ值以及氣液分離器22分離的氣相流量等參數(shù)信息。其中板翅式換熱器19進(jìn)出ロ溫度和壓カ通過溫度傳感器18，21和壓カ傳感器17，20獲得，板翅式換熱器19各路出ロ分離后的氣相流量則由對(duì)應(yīng)的氣體渦輪流量計(jì)23同時(shí)測量獲得。所有信息經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)25采集至エ控機(jī)26進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖形顯示，最終獲得板翅式換熱器內(nèi)氣液兩相流的分布特性。實(shí)施例一 開啟螺桿式空壓機(jī)14，將流量為54m3/h的空氣打入緩沖罐13，待緩沖罐內(nèi)壓カ達(dá)至0. SMPa吋，螺桿式空壓機(jī)14自動(dòng)停止，開啟調(diào)節(jié)閥9，空氣進(jìn)入氣路管路，通過調(diào)節(jié)減壓閥10將氣路壓カ穩(wěn)定在0. 3MPa，調(diào)整調(diào)節(jié)閥9開度，并查看氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)8流量值，將氣路中空氣流量控制在30m3/h，待緩沖罐13內(nèi)壓カ減至0. 4MPa后，設(shè)定螺桿式空壓機(jī)14自動(dòng)開啟補(bǔ)氣。打開水路中旁路調(diào)節(jié)閥3和主調(diào)節(jié)閥6，啟動(dòng)離心清水泵4，調(diào)整旁路調(diào)節(jié)閥3和主調(diào)節(jié)閥6，并查看液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)7上的流量值，將水路流量控制在80L/h。經(jīng)管路傳輸過來的空氣和水在氣液混合器15中混合，形成一定氣液體積比(325 I)和氣液分布的霧化兩相流進(jìn)入板翅式換熱器19進(jìn)行分布，分布后的兩相流從板翅式換熱器19中8路出口流出，并進(jìn)入基于多元并測結(jié)構(gòu)的氣液兩相分離和測量系統(tǒng)進(jìn)行分離和測量，如圖2所示，經(jīng)數(shù)據(jù)采集和整理分析，換熱器出ロ截面中心區(qū)域氣相和液相流量較大，兩側(cè)分布則較少，換熱器出口處氣相整體不均勻度大約為8. 32% 12. 25%，液相整體不均勻度大約為 17. 31% 20%。[0037]實(shí)施例ニ開啟螺桿式空壓機(jī)14，將流量為54m3/h的空氣打入緩沖罐13，待緩沖罐內(nèi)壓カ達(dá)至0. 8MPa時(shí)，螺桿式空壓機(jī)14自動(dòng)停止，開啟調(diào)節(jié)閥9，空氣進(jìn)入氣路管路，通過調(diào)節(jié)減壓閥10將氣路壓カ穩(wěn)定在0. 5MPa，調(diào)整調(diào)節(jié)閥9開度，并查看氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)8流量值，將氣路中空氣流量控制在50m3/h，待緩沖罐13內(nèi)壓カ減至0. 6MPa后，設(shè)定螺桿式空壓機(jī)14自動(dòng)開啟補(bǔ)氣。打開水路中旁路調(diào)節(jié)閥3和主調(diào)節(jié)閥6，啟動(dòng)離心清水泵4，調(diào)整旁路調(diào)節(jié)閥3和主調(diào)節(jié)閥6，并查看液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)7上的流量值，將水路流量控制在80L/h。經(jīng)管路傳輸過來的空氣和水在氣液混合器15中混合，形成一定氣液體積比(625 I)和氣液分布的霧化兩相流進(jìn)入板翅式換熱器19進(jìn)行分布，分布后的兩相流從板翅式換熱器19中8路出ロ流出，并進(jìn)入基于多元并測結(jié)構(gòu)的氣液兩相分離和測量系統(tǒng)進(jìn)行分離和測量，如圖2所示，經(jīng)數(shù)據(jù)采集和整理分析，換熱器出口截面中心區(qū)域氣相和液相流量較大，兩側(cè)分布較少，換熱器出ロ處氣相整體不均勻度大約為5. 37% 7. 12%，液相整體不均勻度大約為25. 31% 28. 25%。由以上兩個(gè)實(shí)施例可知，氣液兩相流經(jīng)板翅式換熱19分配后，換熱器出口截面中心區(qū)域氣相和液相流量較大，兩側(cè)分布較少，且氣液兩相流中，隨著氣相比例増加，板翅式換熱器19出ロ處氣相分布趨于均勻，液相分布則趨于不均勻。對(duì)比實(shí)施例按上述實(shí)施例ー給出的操作步驟，控制空氣流量為30m3/h，水流量為80L/h，經(jīng)氣液混合器15混合后，形成一定氣液體積比￠25 I)和氣液分布的霧化兩相流進(jìn)入板翅式換熱器19進(jìn)行分布，同時(shí)采用基干支管分流結(jié)構(gòu)的氣液兩相分離和測量系統(tǒng)，對(duì)換熱器各路出ロ氣液流量進(jìn)行分離測量。如圖3所示，將待測出ロ支管①引入測量支管28，其余出ロ支管引入測量總管30，調(diào)整節(jié)流閥27，31開度，當(dāng)差壓傳感器29顯示值為0吋，記錄氣體渦輪流量計(jì)21對(duì)應(yīng)的流量值，并采用量筒24和秒表對(duì)水流量進(jìn)行測量。測量過程中，由于測量總管內(nèi)多路流體的混合作用，差壓傳感器29上顯示值產(chǎn)生周期性波動(dòng)，需人為不斷調(diào)整節(jié)流閥27、31的開度，經(jīng)多次調(diào)整并從流量計(jì)獲得的數(shù)據(jù)可知，出口支管①所測的氣體流量波動(dòng)范圍為±15%左右，采用上述方法分別對(duì)出口支管②、③、④、⑤、⑥、⑦以及⑧進(jìn)行測量，對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)分析可知，氣體流量波動(dòng)范圍為±10% 20%之間。針對(duì)液相流量，由于采用量筒24和秒表進(jìn)行測量，因流體波動(dòng)導(dǎo)致的流量測量誤差無法估量。因此，由對(duì)比實(shí)施例可知，與基于多元并測結(jié)構(gòu)的氣液兩相分離和測量系統(tǒng)相比，采用基干支管分流結(jié)構(gòu)的氣液兩相分 離和測量系統(tǒng)測量的氣液流量誤差較高，且穩(wěn)定性得不到保證。
權(quán)利要求1.一種板翅式換熱器氣液兩相流分布特性測試裝置，包括分別布置于板翅式換熱器出口均勻劃分區(qū)域內(nèi)的各引出的流道，其特征在于，在每個(gè)引出的流道上均設(shè)置有氣液分離器和流量測量裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述各引出的流道布置于同一水平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述的氣液分離器的入口管以切線方向安裝于分離器側(cè)面，出水管安裝于底部，呈U形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述流量測量裝置包括氣體渦輪流量計(jì)和量筒。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述板翅式換熱器的入口處和各引出的流道均設(shè)有壓力傳感器與溫度傳感器，流量測量裝置以及各壓力傳感器、溫度傳感器均通過信號(hào)線經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接至工控機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述板翅式換熱器的入口管路上接有氣液混合器，液體供應(yīng)管路和氣體供應(yīng)管路均接至氣液混合器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的氣液混合器分為一路液體進(jìn)口段、三路氣體進(jìn)口段以及四路氣液出口段；其中，液體進(jìn)口段開設(shè)均布小孔，氣液出口末端安裝霧化噴頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述液體供應(yīng)管路上的設(shè)備包括依次連接的儲(chǔ)水槽、離心清水泵、液體過濾器和液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)接至氣液混合器；所述氣體供應(yīng)管路上的設(shè)備包括依次連接的螺桿式空壓機(jī)、緩沖罐、一級(jí)空氣過濾器、二級(jí)空氣過濾器、減壓閥和氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)接至氣液混合器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及板翅式換熱器技術(shù)，旨在提供一種板翅式換熱器氣液兩相流分布特性測試裝置。該裝置包括分別布置于板翅式換熱器出口均勻劃分區(qū)域內(nèi)的各引出的流道，在每個(gè)引出的流道上均設(shè)置有氣液分離器和流量測量裝置。本實(shí)用新型采用基于多元并測結(jié)構(gòu)的氣液兩相分離和測量系統(tǒng)，對(duì)板翅式換熱器各出口的氣液兩相流同時(shí)進(jìn)行分離和測量，避免了因壓降不等而引起的管內(nèi)流體流態(tài)變化，同時(shí)由于無需安裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的切換系統(tǒng)，消除了因閥門切換而導(dǎo)致的管內(nèi)流體波動(dòng)，因此，具有檢測精度高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便以及實(shí)時(shí)性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N11/02GK202403998SQ201120544668
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者唐萍, 張淑文, 楊健, 王偉平, 詹學(xué)華, 邵勇, 鄭津洋, 鄭欽元, 陳仁賢 申請(qǐng)人:杭州杭氧股份有限公司, 浙江大學(xué), 浙江誠信醫(yī)化設(shè)備有限公司