一种开式环境下换热器气阻测量的气体体积流量折算方法

本发明属于热工参数测量与控制，具体涉及一种用于在开式环境下进行换热器气阻高精度测量时所需的气体体积流量的折算方法。

背景技术：

1、板翅式换热器作为一种典型的紧凑式换热器，具有传热效率高、结构紧凑、适应温度范围广等优点，已被广泛运用于石油化工、低温空气分离、航空航天等诸多领域；换热器的气阻特性是其一项重要的出厂指标。对换热器进行气阻检测时，需要为其提供特定设计工况(温度t2、压力p2)下的稳定干空气气体风量(体积流量)，以便确定在此流量下换热器中被测通道的气阻。

2、然而，在开式环境下进行换热器气阻测量时，实际工况下的气体的温度t1、压力p1都与设计工况不同，并且很难保证空气中不含水分(即空气相对湿度ψ≠0)，如果不考虑这些热工参数的影响，即使气体的体积流量相同，气阻测量结果也会产生一定的误差。因此，需要将实际工况的温度t1、压力p1和湿度ψ等影响因素考虑在内，得到温度、压力、湿度校正后的气体体积流量，在此流量下进行气阻测量才能得到更精确的结果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种开式环境下换热器气阻测量的气体体积流量折算方法，该方法将实际工作环境下的湿空气体积流量折算为设计工况下的干空气的气体体积流量，从而得到更精确的气阻测量结果。

2、为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

3、一种开式环境下换热器气阻测量的气体体积流量折算方法，用于对设计工况下被测通道中的干空气体积流量测量，所述被测通道通过连接管连接有风量测量箱，所述开式环境下换热器气阻测量的气体体积流量折算方法，包括：

4、基于风量测量箱获取实际测试工况参数，根据实际测试工况参数将实际工况下的湿空气体积流量转换为同温同压下的干空气体积流量；

5、将与实际工况同温同压下的干空气体积流量转换为设计工况中特定温度和特定压力下被测通道中的干空气体积流量。

6、以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

7、作为优选，所述实际测试工况参数包括实际工况下的湿空气温度、湿空气相对湿度、湿空气压力值以及风量测量箱中体积流量计的喷嘴两端的压差，所述根据实际测试工况参数将实际工况下的湿空气体积流量转换为同温同压下的干空气体积流量，包括：

8、利用气体流量公式计算出体积流量计所在平面处湿空气体积流量；

9、计算实际工况下湿空气中包含的水蒸气的物质的量和干空气的物质的量；

10、计算实际工况下湿空气中包含的水蒸气的质量和干空气的质量；

11、将实际工况下湿空气中的水蒸气转换为同等质量的干空气，并基于湿空气体积流量转换得到同温同压下的干空气体积流量。

12、作为优选，所述气体流量公式如下：

13、

14、式中，qv1为实际工况下体积流量计的喷嘴处的湿空气体积流量，c为体积流量计的喷嘴流量系数，β为体积流量计的喷嘴的直径比，ε为可膨胀系数，d为体积流量计工作条件下节流件的节流孔或喉部直径，δp为体积流量计的喷嘴两端的压差，ρa1为实际工况下测定体积流量时的温度和压力下的流体密度，流体密度ρa1的公式如下：

15、

16、式中，p1为实际工况下的湿空气压力值，pv为实际工况下湿空气中水蒸气的分压，pv＝ψpb，ψ为实际工况下的湿空气相对湿度，pb为饱和水蒸气压力，θ为设计工况下空气绝对温度。

17、作为优选，所述计算实际工况下湿空气中包含的水蒸气的物质的量和干空气的物质的量，计算实际工况下湿空气中包含的水蒸气的质量和干空气的质量，包括：

18、将湿空气作为干空气和水蒸气的混合气体，得到实际工况下湿空气中水蒸气的物质的量如下：

19、

20、式中，nv为实际工况下湿空气中水蒸气的物质的量，pv为实际工况下湿空气中水蒸气的分压，pv＝ψpb，ψ为实际工况下的湿空气相对湿度，pb为饱和水蒸气压力，v为风量测量箱中湿空气的气体体积，r为普适气体恒量，tk为实际工况下湿空气的气体绝对温度，tk＝t1+273.15，t1为实际工况下的湿空气温度；

21、计算实际工况下湿空气中干空气的物质的量如下：

22、

23、式中，na为实际工况下湿空气中干空气的物质的量，pa为实际工况下湿空气中干空气的分压，p1为实际工况下的湿空气压力值；

24、计算实际工况下湿空气中水蒸气的质量如下：

25、mv＝nvmv

26、式中，mv为实际工况下湿空气中水蒸气的质量，mv为水蒸气的摩尔质量；

27、计算实际工况下湿空气中干空气的质量如下：

28、ma＝nama

29、式中，ma为实际工况下湿空气中干空气的质量，ma为干空气的摩尔质量。

30、作为优选，所述将实际工况下湿空气中的水蒸气转换为同等质量的干空气，并基于湿空气体积流量转换得到同温同压下的干空气体积流量，包括：

31、

32、式中，qa1为与实际工况同温同压下的干空气体积流量，mv为实际工况下湿空气中水蒸气的质量，ma为实际工况下湿空气中干空气的质量，mv为水蒸气的摩尔质量，ma为干空气的摩尔质量，qv1为实际工况下体积流量计的喷嘴处的湿空气体积流量。

33、作为优选，所述将与实际工况同温同压下的干空气体积流量转换为设计工况中特定温度和特定压力下被测通道中的干空气体积流量，包括：

34、根据质量守恒，可得：

35、

36、其中，流体密度之间有如下转换关系：

37、

38、由此得到设计工况中特定温度和特定压力下被测通道中的干空气体积流量：

39、

40、式中，qa1为与实际工况同温同压下的干空气体积流量，qa2为设计工况中特定温度和特定压力下被测通道中的干空气体积流量，ρa1为实际工况下测定体积流量时的温度和压力下的流体密度，ρa2为设计工况中的流体密度，t1为实际工况下的湿空气温度，p1为实际工况下的湿空气压力值，t2为设计工况下的空气温度，p2为设计工况下的空气压力值，mv为实际工况下湿空气中水蒸气的质量，ma为实际工况下湿空气中干空气的质量，mv为水蒸气的摩尔质量，ma为干空气的摩尔质量，qv1为实际工况下体积流量计的喷嘴处的湿空气体积流量。

41、作为优选，所述风量测量箱内的中部安装有挡板、两侧安装有匀流板，所述挡板和匀流板均与风量测量箱的横截面平行，所述挡板的中心位置开口且连接有体积流量计，所述体积流量计的喷嘴处安装有差压变送器，所述挡板上安装有温湿度仪和压力传感器。

42、本发明提供的开式环境下换热器气阻测量的气体体积流量折算方法，与现有技术相比具有以下有益效果：

43、(1)本发明适用于在开式非标况环境下对换热器气阻进行检测，降低了对换热器气阻检测的难度以及成本。

44、(2)实现了开式环境下非标况环境气体体积流量与标况环境气体体积流量之间的转换的相关公式，提供了利用非标下换热器气阻值判定标况下其合格性的依据，能够得到更精确的气阻测量结果。