一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置及其重构方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置及其重构方法，装置中板翅式换热器的进液口和进气口分别与恒温液罐和恒温气罐连通，板翅式换热器的下隔板外接加热装置，上隔板上均匀开设有若干贯通的矩阵型检测口，每个检测口中设有光纤束；光纤束的一端封闭固定于检测口中，另一端与分光镜的出射端连接；与出射端相对的分光镜另一侧为入射端，激光器垂直入射端间隔设置；接收端处间隔设置有用于接收检测信号的光电探测器；光电探测器外接处理模块。本发明专利技术通过在上隔板特定位置均匀布置采样通孔，利用多芯光纤束获取能够反映内部两相状态的激光信号，从而获得板翅式换热器整体范围内汽液相分布情况。

【技术实现步骤摘要】
一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置及其重构方法
本专利技术属于光学检测
，涉及一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置及其重构方法。
技术介绍
板翅式换热器是一种结构紧凑、质量轻和传热效率高的换热设备，其比表面积高、传热单元数大，具有高效的传热特性，适用流道布置复杂的场合，被广泛应用于石油化工、航空、车辆、动力机械、空分、深低温领域、原子能和宇宙航行等工业部门，并在利用热能、回收余热、节约原料、降低成本以及一些特殊用途上取得了显著的经济效益。近年来，随着工业的飞速发展，对高负荷热能高效传递的需求越来越强烈，国内外学者尝试对板翅式换热器的沸腾传热性能与机理展开研究。沸腾传热是指换热器内部发生液相介质相变，换热介质由液相转为汽液两相流，主要包括局部对流沸腾和核态沸腾。目前针对板翅片换热器通道内换热特性、翅片尺寸优化等的研究主要集中于单相流体对流换热中，而对换热器内部冷却剂存在相变情况的沸腾传热特性的相关研究较少。同时，由于板翅式换热器具有封闭的金属结构和复杂的汽液两相流动，使得获取换热器内部相分布和流动特性信息具有极大的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置及其重构方法，以获取过冷沸腾工况下换热器内部两相分布信息和流动分布信息。本专利技术所采用的具体技术方案如下：本专利技术提供了一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置，其包括恒温液罐、恒温气罐、板翅式换热器、分光镜、激光器、光电探测器和处理模块。>所述板翅式换热器的进液口和进气口分别通过进液管路和进气管路与用于进液的恒温液罐和用于进气的恒温气罐连通，混相出口通过测试管路与外界连通；板翅式换热器的下隔板外接加热装置，上隔板上均匀开设有若干贯通的矩阵型检测口，每个检测口中设有光纤束；光纤束的一端封闭固定于检测口中，另一端与分光镜的出射端连接；与出射端相对的分光镜另一侧为入射端，能发射平行激光束的激光器垂直于入射端间隔设置；能反射检测信号的一端为分光镜的接收端，接收端处间隔设置有用于接收检测信号的光电探测器；光电探测器外接处理模块。作为优选，所述恒温液罐和恒温气罐均外接惰性气罐，通过惰性气罐为恒温液罐和恒温气罐提供动力。进一步的，所述惰性气体一般选用为氮气。作为优选，所述恒温液罐和恒温气罐与板翅式换热器连接的管路上均分别设有流量计、压力计和温度计；出液口的测试管路上设有压力计、温度计、流量计和出口阀门。作为优选，所述加热装置为加热电板，加热装置外接加热电源，光纤束为多芯光纤束。作为优选，所述光纤束的端部垂直上隔板的板面设置。作为优选，所述处理模块为微型计算机，分光镜为立方体式分光镜。本专利技术的另一目的在于提供一种根据上述任一所述装置测试板翅式换热器中两相流动状态的重构方法，其具体如下：S1：开启进液管路和进气管路，使恒温液罐中的液相介质和恒温气罐中的气相介质在板翅式换热器中混合，得到混合相；通过调节进入板翅式换热器中的气相流量和液相流量，使板翅式换热器内的干度达到目标干度值α；S2：开启激光器和光电探测器，激光器发出的平行激光束进入分光镜后通过反射作用和折射作用分成反射激光和折射激光；所述折射激光作为激励光信号，通过光纤束进入板翅式换热器的内部，在液相介质、气相介质和翅片之间发生反射、折射和吸收作用，形成出射光信号；所述出射光信号通过光纤束进入分光镜，并通过反射作用形成检测信号进入光电探测器和处理模块，得到相应检测口处的光强信号；通过光纤束测量S1中目标干度值下的检测口光强信号，得到光强信号分布矩阵U，计算公式为：其中，m和n分别为上隔板(5)中所有检测口的纵向分布维度和横向分布维度；S3：改变目标干度值α，重复S1～S2的操作，得到所有p个不同目标干度值(α1,α2,…,αi′,…,αp)下对应的光强信号分布矩阵，αi′为第i′个目标干度值α，i′∈[1,p]；S4：根据S3得到的不同目标干度值下对应的光强信号分布矩阵，构建光强信号向量[u1,u2,…,ui′,…,up]，其中元素ui′为目标干度值αi′下测量的光强信号强度均值，计算公式为：其中，uij为位于(i，j)位置处检测口的光信号强度，i∈[1,m]，j∈[1,n]；利用目标干度值向量α＝[α1,α2,…，αp]T与光强信号向量u＝[u1，u2，…，up]T，构建对应函数关系：α＝f(u)；S5：将目标液相介质通入板翅式换热器中，并通过加热装置将板翅式换热器内的流体加热至目标温度；目标液相介质在板翅式换热器中被加热装置加热，温度升高并发生相变，流体干度也逐渐变化；S6：通过光纤束测量S5工况下的上隔板中所有检测口的光强信号，得到光强信号分布矩阵Ut，计算公式为：S7：根据S4得到的函数关系α＝f(u)，计算得到每个检测口光强信号对应的流体干度值，并得到了流体干度值的分布矩阵A，计算公式为：作为优选，所述步骤S4中通过最小二乘法构建α与u之间的线性模型，具体如下：令α＝ku+b；其中，则线性函数参数值k以及b通过下列方程获得：作为优选，所述S5中，通过加热装置将板翅式换热器内的流体加热至发生过冷沸腾。本专利技术相对于现有技术的视窗法与计算机辅助仿真方法而言，具有以下有益效果：1)本专利技术通过在隔板特定位置均匀布置采样通孔，利用多芯光纤束获取能够反映内部两相状态的激光信号，从而获得板翅式换热器整体范围内汽液两相分布情况；2)本专利技术采用分光镜作为入射激光与出射激光共用的窗口，能够实现入射光的持续输入和出射光的持续采集，大大地缩减了采集系统的复杂度，提高了测量的实时性；3)本专利技术构建了一套基于分布式光学测量的实验装置，该系统能够输入不同干度的两相流进入换热器，获取不同气液相结构下的光学分布信号；同时该装置能够模拟换热器沸腾换热工况，通过分布式光学测量系统获取流动沸腾下汽液相分布情况及偏流情况。附图说明图1为本专利技术测试装置的结构示意图；图2为激光在分光镜内产生的折射和反射示意图；图3为板翅式换热器与光纤束配合关系示意图；图4为本专利技术重构方法的流程图；图中附图标记为：激光器1、分光镜2、光纤束3、光电探测器4、上隔板5、翅片6、下隔板7、平行激光束8、激励光信号9、出射光信号10、检测信号11、惰性气罐12、恒温液罐13、恒温气罐14、加热装置15、加热电源16、板翅式换热器17、测试管路18、流量计19、出口阀门20、处理模块21。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。如图1所示，本专利技术提供了一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置，该两相流动状态测试装置包括恒温液罐13、恒温气罐1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置，其特征在于，包括恒温液罐(13)、恒温气罐(14)、板翅式换热器(17)、分光镜(2)、激光器(1)、光电探测器(4)和处理模块(21)；/n所述板翅式换热器(17)的进液口和进气口分别通过进液管路和进气管路与用于进液的恒温液罐(13)和用于进气的恒温气罐(14)连通，混相出口通过测试管路(18)与外界连通；板翅式换热器(17)的下隔板(7)外接加热装置(15)，上隔板(5)上均匀开设有若干贯通的矩阵型检测口，每个检测口中设有光纤束(3)；光纤束(3)的一端封闭固定于检测口中，另一端与分光镜(2)的出射端连接；与出射端相对的分光镜(2)另一侧为入射端，能发射平行激光束(8)的激光器(1)垂直于入射端间隔设置；能反射检测信号(11)的一端为分光镜(2)的接收端，接收端处间隔设置有用于接收检测信号(11)的光电探测器(4)；光电探测器(4)外接处理模块(21)。/n

【技术特征摘要】
1.一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置，其特征在于，包括恒温液罐(13)、恒温气罐(14)、板翅式换热器(17)、分光镜(2)、激光器(1)、光电探测器(4)和处理模块(21)；
所述板翅式换热器(17)的进液口和进气口分别通过进液管路和进气管路与用于进液的恒温液罐(13)和用于进气的恒温气罐(14)连通，混相出口通过测试管路(18)与外界连通；板翅式换热器(17)的下隔板(7)外接加热装置(15)，上隔板(5)上均匀开设有若干贯通的矩阵型检测口，每个检测口中设有光纤束(3)；光纤束(3)的一端封闭固定于检测口中，另一端与分光镜(2)的出射端连接；与出射端相对的分光镜(2)另一侧为入射端，能发射平行激光束(8)的激光器(1)垂直于入射端间隔设置；能反射检测信号(11)的一端为分光镜(2)的接收端，接收端处间隔设置有用于接收检测信号(11)的光电探测器(4)；光电探测器(4)外接处理模块(21)。


2.根据权利要求1所述的两相流动状态测试装置，其特征在于，所述恒温液罐(13)和恒温气罐(14)均外接惰性气罐(12)，通过惰性气罐(12)为恒温液罐(13)和恒温气罐(14)提供动力。


3.根据权利要求2所述的两相流动状态测试装置，其特征在于，所述惰性气罐(12)为氮气气罐。


4.根据权利要求1所述的两相流动状态测试装置，其特征在于，所述恒温液罐(13)和恒温气罐(14)与板翅式换热器(17)连接的管路上均分别设有流量计、压力计和温度计；混相出口的测试管路(18)上设有压力计、温度计、流量计(19)和出口阀门(20)。


5.根据权利要求1所述的两相流动状态测试装置，其特征在于，所述加热装置(15)为加热电板，加热装置(15)外接加热电源(16)，光纤束(3)为多芯光纤束。


6.根据权利要求1所述的两相流动状态测试装置，其特征在于，所述光纤束(3)的端部垂直上隔板(5)的板面设置。


7.根据权利要求1所述的两相流动状态测试装置，其特征在于，所述处理模块(21)为微型计算机，分光镜(2)为立方体式分光镜。


8.一种根据权利要求1～7任一所述装置测试板翅式换热器中两相流动状态的重构方法，其特征在于，具体如下：
S1：开启进液管路和进气管路，使恒温液罐(13)中的液相介质和恒温气罐(14)中的气相介质在板翅式换热器(17)中混合，得到混合相；通过调节进入板翅式换热器(17)中的气相流量和液相流量，使板翅式换热器(17)内的干度达到目标干度值α；
S2：开启激光器(1)和光电探测器(4)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：章有虎，张国兴，
申请(专利权)人：杭州中泰深冷技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33