一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，包括带有均流器和文丘里段的稳风系统和试验管束，所述试验管束安装在稳风系统的文丘里段的下游通道，所述稳风系统的上游连接离心式鼓风机；所述试验管束采用矩形椭圆翅片空预器，及顺列和错列两种排布方式；均留器与风源之间设有风道闸阀控制风道风速；引入风流经稳风系统，空气横向冲刷试验管束，由测量装置测量试验管束的进、出口压力值；测量装置中的皮托管设有两组，分别布置在试验管束的前、后端，并连接微压计的正、负接头。本发明采用由均流器和文丘里段组成的稳风系统，实现将湍流强度很高的气体均布在各子孔中，保证试验管前端的流场的均匀，进而保证风速及阻力的测量准确性。
【专利说明】一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及换热装置领域，尤其是一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法。
【背景技术】
[0002]在工程实践中，换热器在动力、化工、冶金、航天、空调、制冷、机械、轻纺、建筑等行业都应用广泛，换热器根据不同的用途及换热环境有相应的不同形式，其中换热管束广泛应用于两种介质的间接对流换热过程。采用强化换热管替换传统圆管，可以提高换热效果、减少换热器的换热面积，强化换热方法主要有增加传热面积、涂层或多孔表面处理方法，其中，增加传热面积的翅片管应用广泛。
[0003]阻力特性是衡量换热管束性能的重要指标。目前各种强化换热管束被广泛应用于工程领域，而不同的强化换热管束又有着不同的流动阻力特性，对于不同的流阻参数对实际的引风机的选型有着决定性的作用，因此如何保证在不同工况下对强化换热管束的阻力系数测量的准确度，成为评价不同管型的换热管束阻力特性的重要指标。
[0004]在进行此类研究时，通常是采用矩形椭圆翅片管换热管束，阻力特性通过测量管外横掠空气经过试验段管箱的静压差Λ P来表征，当前主要依靠风洞实验方法测量。风洞实验方法中一般包括引风机提供风源、实验段及测速段，但是风洞实验的代价太高，目前多数取代的方法都是通过搭建实验段，将实验管束安装在管段中，通过离心式鼓风机或者引风机提供风源，来节约成本。但是由于这种方法存在进风不均匀的问题，目前又缺少对换热管束的阻力系数进行准确测量的平台，用这种方法测量出的阻力系数与真实值存在较大的差距，因此无法对不同管型的换热管束阻力特性进行准确的评价和衡量。因此急需一种能够对换热管束阻力特性准确测量的平台来弥补上述技术的缺陷，实现对换热管束阻力特性的准确评价。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，该测量平台能够实现对换热管束的阻力特性的准确测量。
[0006]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0007]—种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，包括:
[0008]带有均流器和文丘里段的稳风系统和试验管束，所述试验管束安装在稳风系统的文丘里段的下游风道，所述稳风系统的上游连接风力动力源；所述试验管束采用矩形椭圆翅片空预器；所述均留器与风源之间设有风道闸阀来控制风道风速；所述试验管束的出口处设有排风通道；
[0009]引入风流经稳风系统，空气横向冲刷试验管束，通过测量装置测量试验管束的进口处和出口处的压力值。
[0010]所述测量装置包括皮托管和电子微压计，所述皮托管设有两组，分别布置在试验管束的前、后端，每组皮托管分别与微压计的正、负接头连接。
[0011]所述风力动力源采用离心式鼓风机。
[0012]所述试验管束采用顺列或错列排布方式。
[0013]所述均流器采用中空的均匀方孔管道，所述均流器采用方形截面形式，所述均留器的内部被等分成10X10的格栅。
[0014]所述文丘里段采用进口方形截面和出口矩形截面形式，进、出口截面之间采用线性渐缩管结构。
[0015]所述风道和排风通道采用矩形截面结构。
[0016]本发明的有益效果:
[0017]1.本发明中的离心式鼓风机产生的脉动，以及风道闸阀的存在，导致入口气体较高湍流程度，本发明在传统的测量平台基础上增加了由均流器和文丘里段组成的稳风系统，实现将湍流强度很高的气体均布在各子孔中，改善传统实验中进风不均匀的缺点，保证试验管束前端的流场更加均匀，进而保证风速及代表阻力特性的压差的准确性测量。
[0018]2.本发明中通过采用矩形椭圆翅片管换热管束来替换传统圆管，作为测试平台的测试对象，提高换热效果、减少换热器的换热面积，增加了换热管束在实际应用中的可实现性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的结构示意图；
[0020]图2是本发明中的均流器结构示意图；
[0021]图3是本发明中的文丘里段结构示意图；
[0022]图4是采用顺列矩形椭圆翅片管束在有无均流器和文丘里段时，阻力随风速的变化趋势表格；
[0023]图5是采用错列矩形椭圆翅片管束在有无均流器和文丘里段时，阻力随风速的变化趋势表格；
[0024]其中1.离心式鼓风机，2.风道闸阀，3.均留器，4.文丘里段，5.风道，6.试验管束，7.皮托管，8.电子微压计，9.排风通道。
【具体实施方式】
[0025]本发明采用顺列、错列矩形椭圆翅片管束作为试验段进行不同排布换热管束的阻力特性研究，通过离心式鼓风机进风，空气横向冲刷管束，采用皮托管测量管束进、出口处的静压差，从而得到可以表征阻力特性的压降，在传统阻力特性试验台的基础上，在离心式鼓风机和实验管束中间采用均流器和文丘里段相结合的方法，来改善传统实验中进风不均匀的缺点。
[0026]实施例一
[0027]如图1所示，一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，包括带有均流器3和文丘里段4的稳风系统及试验管束6，所述试验管束6安装在稳风系统的文丘里段4的下游风道5，所述稳风系统的上游连接风力动力源；所述均留器3与风力动力源之间设有风道闸阀2，用来控制风道风速，可根据实验需要进行风速调节，从而满足不同实验工况的风速要求；所述试验管束6的出口处设有排风通道9。
[0028]所述试验管束6采用矩形椭圆翅片空预器，采用顺列排布方式。引入风流经稳风系统，空气横向冲刷试验管束6，通过测量装置测量试验管束6的进口处和出口处的压力值。
[0029]所述风力动力源采用离心式鼓风机I。
[0030]所述测量装置包括皮托管7和电子微压计8，根据测量风速或者阻力，皮托管7分别采用单支或双组。
[0031]离心式鼓风机I在最前段，风道风速由风道闸阀2控制，可根据实验需要进行风速调节，来满足不同实验工况的风速要求。
[0032]稳风系统由均流器3和文丘里段4组成，均流器3是中空的均匀方孔管道，离心式鼓风机I将风送至均流器3前段，由于离心式鼓风机I产生的脉动以及风道闸阀2的存在，导致入口气体湍流程度很高，而通过均流器3和文丘里段4之后，将湍流强度很高的气体均布在各子孔中，经过均流器3和文丘里段4后，流速分布更加均匀，使得风速及阻力的测量更加准确。
[0033]本发明工作时，由离心式鼓风机I将风由风道闸阀2，引入由均流器3和文丘里段4组成的稳风系统，测量风速时，采用单支皮托管7，单只皮托管7设置在试验管束6的前端，皮托管7的全压口和静压口分别连接电子微压计8的正、负接头，在试验管束6的前端的测点采用“九宫格”法进行测量，得到横截面的平均风速；测量阻力时，采用双支皮托管7，试验管束6的前、后端的皮托管分别连接微压计的正、负接头，采用“九宫格”法进行测量，得到横截面的静压差。通过电子微压计7的测量结果，得到被测换热管束8进口的平均风速以及前后平均压差，从而得到其不同风速下的阻力特性。
[0034]为了排除皮托管测量横截面前后侧的局部构件对风道流场均匀性的影响，测量断面必须满足以下要求:测量断面与来流方向的弯头、阀门、变径异形管等局部构件的距离必须大于等于4倍管道直径，与下游方向的局部弯头、变径结构的距离应大于等于2倍管道直径。
[0035]“九宫格”法，即对试验管束前后稳流的矩形风道横截面进行十六等分，分别在横向四等分、纵向四等分定点，取9个定点进行测量。
[0036]在保证其他实验条件不变的情况下，分别对有无均流器和文丘里段进行了实验，对比分析测量结果，评价本平台的测量准确性。
[0037]本实施例所用的等横截面的均流器3的横截面为450mmX450mm正方形截面，其深度为600mm，均流器3的内部被等分成1X 10的格栅，文丘里段4为进口截面为450mmX 450mm,出口横截面为280mmX 380mm的矩形截面，深度为350mm的线性渐缩管段。这两者相结合，可以有效降低来流的湍流度，使其更加均匀的进入换热管束，在被测对象为顺列矩形椭圆翅片管束，明显提高了测量的准确度。
[0038]如图4所示，为实际应用中，分别在有或无均流器和文丘里段时的阻力系数，来表征阻力系数的压强差随风速变化的趋势。
[0039]实施例二
[0040]在本实施例中，除了被测试对象为错列矩形椭圆翅片管束外，其他的结构与实施例一完全相同。
[0041]本实施例所用的等横截面的均流器横截面为450mmX450mm正方形截面，其深度为600mm，其内部被等分成1X 10的格栅。文丘里段为进口截面为450mmX 450mm，出口横截面为280mmX380mm的矩形截面，深度为350mm的线性渐缩管段。这两者相结合，可以有效降低来流的湍流度，使其更加均匀的进入换热管束，在被测对象为错列矩形椭圆翅片管束，明显提高了测量的准确度。
[0042]如图5所示，为实际应用中，分别得出有无均流器和文丘里段，其表征阻力系数的压强差随风速变化的趋势。
[0043]通过实施例一和实施例二可以得出结论，本发明主要利用了当湍流度较高的气体流经均流器3及文丘里段4时，会明显降低其湍流程度，提高了进风的均匀性这一特点，优化了测量横截面流场分布。“九宫格”测量数据越均匀，测试值波动越小，越趋于平均值，则说明测量准确性越高。采用九宫格法是为了保证测量压差与风速的准确性，本平台加上均流器和文丘里段后，风道内的流场会更加均匀，原有的测试平台由于没有相应的结构，风道流场不均匀，九宫格法测得的压差和风速差值较大。由实例一和实例二的测量数据对比可知，本平台的测量结果较没有均流器和文丘里段的测量结果更加准确，从而为在实验室现有条件下，模拟工程实际换热器阻力特性提供了有效途径。
[0044]本发明中未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明并不仅限于上述【具体实施方式】，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，其特征是，包括: 带有均流器和文丘里段的稳风系统和试验管束，所述试验管束安装在稳风系统的文丘里段的下游风道，所述稳风系统的上游连接风力动力源；所述试验管束采用矩形椭圆翅片空预器；所述试验管束的出口处设有排风通道；所述均留器与风力动力源之间设有风道闸阀来控制风道风速； 引入风流经稳风系统，空气横向冲刷试验管束，通过测量装置测量试验管束的进口和出口处的压力值。
2.如权利要求1所述的一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，其特征是，所述测量装置包括皮托管和电子微压计，所述皮托管设有两组，分别布置在试验管束的前、后端，并分别连接微压计的正、负接头。
3.如权利要求1所述的一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，其特征是，所述试验管束采用顺列或错列排布方式。
4.如权利要求1所述的一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，其特征是，所述风力动力源采用离心式鼓风机。
5.如权利要求1所述的一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，其特征是，所述均流器采用中空的均匀方孔管道，所述均流器采用方形截面形式，所述均留器的内部被等分成10X10的格栅。
6.如权利要求1所述的一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，其特征是，所述文丘里段采用进口方形截面和出口矩形截面形式，进、出口截面之间采用线性渐缩管结构。
7.如权利要求1所述的一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，其特征是，所述风道和排风通道采用横截面为矩形的结构。
8.一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，其特征是，包括下列步骤， ①风由风道闸阀引入，经过均流器和文丘里段组成的稳风系统； ②在试验管束的前端进行风速测量，保证试验管束前端的风速稳定； ③采用双支皮托管，分别布置在试验管束的前、后端，将每只皮托管连接微压计的正、负接头，采用“九宫格”法进行测点测量，即对试验管束前后稳流的矩形风道横截面，按照横向四等分、纵向四等分的方式，选定9个定点进行测量，得出每个定点相对应的横截面的静压差； ④将9个定点的电子微压计的测量结果平均计算，得出试验管束的进口、出口处平均压差，由此得出不同风速下的阻力特性。
9.如权利要求8所述的一种换热管束阻力特性测量平台和测量方法，其特征是，所述风速测量是将单支皮托管放置在试验管束的前端，然后将皮托管的全压口和静压口分别连接电子微压计的正、负接头，采用“九宫格”法对试验管束的前端的测点进行测量，得到试验管束前端的平均风速。
【文档编号】G01M9/06GK104483094SQ201410812125
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】高明, 董沛鑫, 路东岳, 宋坤卿 申请人:山东大学