一种测定工质沸腾换热系数的测试系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种测定工质沸腾换热系数的测试系统及方法，属于工质沸腾换热系数测定的技术领域，测试系统包括交流电源、稳压器、调压器、功率计、沸腾容器、实验管、冷凝装置、恒温装置、数据采集仪、测温元件、测压元件、流量调节阀和流量计。上述测定工质沸腾换热系数的测试系统通过调节调压器输出电压，改变沸腾容器输入功率，来得到不同工况所需的热流密度，使沸腾容器内的液态工质在管外沸腾气化；创新性地设计了由加热筒、内层铜管以及外层铜管这三层结构构成的实验管，提高了所测管壁温度的准确性；锁紧件覆盖铜管的长度等于电木的长度，保证了有效加热长度为加热筒长度，换热面积更加精确，提高了测试结果的准确性。提高了测试结果的准确性。提高了测试结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种测定工质沸腾换热系数的测试系统及方法


[0001]本专利技术属于工质沸腾换热系数测定的
，尤其是涉及一种测定工质沸腾换热系数的测试系统及方法。

技术介绍

[0002]沸腾是在液体表面和内部同时发生的剧烈汽化现象。沸腾换热具有换热温差小、换热量大等优点，对提高换热设备的紧凑性和经济性具有重要意义。沸腾换热系数是表征液态工质沸腾换热强度的基础性数据。工质在不同状况下的沸腾换热系数可通过测试系统测定。在测试系统中，采用已知发热量的恒定热源加热液态工质，通过测量加热表面与被测工质间的温差，计算得到沸腾换热系数。
[0003]在现有技术中，通常采用蒸汽或热水作为输入热源。在基于蒸汽加热的测试系统中，使用蒸汽发生器不断向换热管中提供高温蒸汽，高温蒸汽通过换热管加热容器内腔中的液态工质，通过调节蒸汽发生器改变蒸汽流量，进而得到不同状况下换热管的换热性能，如申请号为202110049448.2名称为“一种高压环境下高通量换热管的性能测试装置及其方法”的专利技术专利。在这类测试系统中，蒸汽从发生器流动至换热管的过程中存在不可避免的热量损失，即蒸汽发生器提供的热量并不等于实际的沸腾换热量，为计算结果带来较大误差。
[0004]在基于热水加热的测试系统中，采用水浴对液态工质进行加热，通过调节热水温度改变加热量，进而得到不同状况下的沸腾换热性能，如申请号为201610477989.4，名称为“一种可视化大容器沸腾实验装置”的专利技术专利。对于这类测试系统，由于水的热容量大，其温度变化缓慢，无法迅速、准确的调节加热量，导致测试周期较长、费时费力。同时，水浴加热的方法受到水物理性质的制约，能够调节的温度范围小（0℃
‑
100℃），测试工况受限。
[0005]申请号为202110425357.4，名称为“一种可视化池沸腾实验系统及其工作方法”的专利技术专利，公开了一种基于电加热的沸腾换热实验系统。该系统将电加热棒散发的热量通过热源腔体传递到测试底板，随后与测试底板接触的液态工质被加热至沸腾，通过改变电加热棒的输入电压,改变其加热量，进而得到不同状况下的沸腾换热性能。在该系统中，热量传递过程较为复杂，且热源腔体和测试底板均具有一定的热容量，造成热量传递的滞后性，为多工况测试带来了不便，同时也影响了测试精度。
[0006]申请号为201220025780.1，名称为“高压工质管外沸腾换热可视化测试装置”的技术专利，公开了一种沸腾换热测试装置。该装置主要包括壳体和换热管两部分。所述壳体两端分别焊接有封头，换热管安装在壳体内部并穿过壳体两端的封头。由于换热管的部分表面积位于壳体外侧，在装置工作时有一部分来自换热管的散热量将耗散于外部环境。这部分热量的大小不可控制且不可预估，为实际输入热量的确定带来困难，进而影响实验结果的准确性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种测定工质沸腾换热系数的测试系统及方法，能够克服现有技术中输入热量不准确、不同工况间的调节速度慢、测试工况受限、测试周期长的问题，且具有操作简便、初步投资较小的优点。
[0008]本专利技术提供一种测定工质沸腾换热系数的测试系统，包括交流电源、稳压器、调压器、功率计、沸腾容器、实验管、冷凝装置、恒温装置、数据采集仪、测温元件、测压元件、流量调节阀和流量计；交流电源、稳压器、调压器、功率计依次连接；沸腾容器为两端密封的空腔结构，上部开有气体出口、三通接口、光源孔、测温元件接口Ⅰ、测压元件接口、工质充注接口，下部开有工质回流接口、泄流口以及测温元件接口Ⅱ，正面设置有可视窗，三通接口密封连接抽真空装置和放气阀，光源孔上安装光孔玻璃，测温元件接口Ⅰ密封连接气态工质测温元件，测温元件接口Ⅱ密封连接液态工质测温元件，测压元件接口密封连接测压元件；空腔的中下部设置有实验管；实验管的两端与沸腾容器的两端固定连接，包括加热筒、设置在加热筒外的内层铜管以及设置在内层铜管外的外层铜管，内层铜管上固定有用于采集实验管上下两侧壁面温度的实验管测温元件，加热筒的控制线穿过沸腾容器的端盖与功率计连接；冷凝装置的工质进气口通过管道Ⅰ与气体出口连接，工质液体出口通过管道Ⅱ与工质回流接口连接，冷凝液进口通过管道Ⅲ与恒温装置的出液口连接，冷凝液出口通过管道Ⅳ与恒温装置的进液口连接；冷凝液进口测温元件和冷凝液出口测温元件分别安装在管道Ⅲ和管道Ⅳ上；流量调节阀和流量计安装在管道Ⅲ上；测温元件、测压元件和流量计均由数据采集仪采集，显示并储存至电脑。
[0009]进一步地，内层铜管的上下两侧开有凹槽；实验管测温元件通过银焊接在凹槽内。
[0010]进一步地，加热筒与内层铜管紧密接触且两者间设置有导热油；外层铜管与内层铜管紧密接触且两者间设置有导热油。
[0011]进一步地，沸腾容器的端盖内固定有锁紧件，实验管的两端插接在锁紧件中；加热筒的两端固定有电木，电木的外端与内层铜管、外层铜管的两端平齐，加热筒的控制线穿过一端电木、锁紧件以及锁紧件中的尼龙堵头，锁紧件覆盖铜管的长度等于电木的长度。
[0012]进一步地，沸腾容器的端盖包括内法兰和外法兰；锁紧件安装在内法兰上。
[0013]进一步地，光源孔设置在沸腾容器正上端中心位置，光源孔外螺纹连接有光孔旋套，光孔玻璃与光孔旋套和光源孔之间设置有橡胶片。
[0014]进一步地，可视窗包括可视窗接口、与可视窗接口连接的可视窗内法兰、与可视窗内法兰连接的可视窗外法兰以及设置在可视窗内法兰和可视窗外法兰之间的可视窗玻璃；可视窗玻璃与可视窗内法兰和可视窗外法兰之间设置有橡胶片。
[0015]进一步地，三通接口、测温元件接口Ⅰ、测温元件接口Ⅱ上设置有细螺纹。
[0016]本专利技术还提供一种测定工质沸腾换热系数的测试方法，基于上述测定工质沸腾换热系数的测试系统进行，包括下述步骤：步骤一：由工质充注接口进行工质充注，充注量使工质足够淹没实验管但非满液；步骤二：开启数据采集仪并连接电脑，打开抽真空装置对沸腾容器进行抽真空，关闭抽真空装置，开启电源、稳压器、调压器和加热筒，维持加热筒在25
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50w功率运行，加热工质产生新的工质蒸汽，待加热筒运行预设时间后重新开启抽真空装置，抽出不凝性气体和部分工质蒸汽；
步骤三：启动冷凝装置、恒温装置，随后调节调压器，增大加热筒的输入电压，调节流量调节阀从而控制工质蒸汽的冷凝速度，同时观察电脑端显示的压力读数，当沸腾容器压力稳定在实验所需的初始饱和压力时，调节调压器的输出电压至所测工况下的电压，此时加热筒在该电压下产生的热量经由内层铜管和外层铜管加热沸腾容器内的液态工质，随着反应过程的深入，从可视窗上观察整个加热过程，起初实验管外壁出现小气泡，一段时间后反应剧烈，工质沸腾状态下实验管外壁出现大气泡且迅速破裂，液态工质被加热沸腾气化；步骤四：液态工质被加热沸腾产生的蒸汽通过气体出口进入冷凝装置，吸收冷凝液的冷量后冷凝为液体，由工质回流接口回到沸腾容器；冷凝液吸热升温后回到恒温装置放热降温；步骤五：利用流量计测得的冷凝液流量，以及冷凝液进口测温元件和冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测定工质沸腾换热系数的测试系统，其特征在于，包括交流电源、稳压器、调压器、功率计、沸腾容器、实验管、冷凝装置、恒温装置、数据采集仪、测温元件、测压元件、流量调节阀和流量计；所述交流电源、稳压器、调压器、功率计依次连接；所述沸腾容器为两端密封的空腔结构，上部开有气体出口、三通接口、光源孔、测温元件接口Ⅰ、测压元件接口、工质充注接口，下部开有工质回流接口、泄流口以及测温元件接口Ⅱ，正面设置有可视窗，三通接口密封连接抽真空装置和放气阀，光源孔上安装光孔玻璃，测温元件接口Ⅰ密封连接气态工质测温元件，测温元件接口Ⅱ密封连接液态工质测温元件，测压元件接口密封连接测压元件；空腔的中下部设置有实验管；所述实验管的两端与沸腾容器的两端固定连接，包括加热筒、设置在加热筒外的内层铜管以及设置在内层铜管外的外层铜管，内层铜管上固定有用于采集实验管上下两侧壁面温度的实验管测温元件，加热筒的控制线穿过沸腾容器的端盖与功率计连接；所述冷凝装置的工质进气口通过管道Ⅰ与气体出口连接，工质液体出口通过管道Ⅱ与工质回流接口连接，冷凝液进口通过管道Ⅲ与恒温装置的出液口连接，冷凝液出口通过管道Ⅳ与恒温装置的进液口连接；所述冷凝液进口测温元件和冷凝液出口测温元件分别安装在管道Ⅲ和管道Ⅳ上；所述流量调节阀和流量计安装在管道Ⅲ上；所述测温元件、测压元件和流量计均由数据采集仪采集，显示并储存至电脑。2.根据权利要求1所述的测定工质沸腾换热系数的测试系统，其特征在于，所述内层铜管的上下两侧开有凹槽；实验管测温元件通过银焊接在凹槽内。3.根据权利要求2所述的测定工质沸腾换热系数的测试系统，其特征在于，加热筒与内层铜管紧密接触且两者间设置有导热油；外层铜管与内层铜管紧密接触且两者间设置有导热油。4.根据权利要求3所述的测定工质沸腾换热系数的测试系统，其特征在于，沸腾容器的端盖内固定有锁紧件，实验管的两端插接在锁紧件中；加热筒的两端固定有电木，电木的外端与内层铜管、外层铜管的两端平齐，加热筒的控制线穿过一端电木、锁紧件以及锁紧件中的尼龙堵头，锁紧件覆盖铜管的长度等于电木的长度。5.根据权利要求4所述的测定工质沸腾换热系数的测试系统，其特征在于，沸腾容器的端盖包括内法兰和外法兰；锁紧件安装在内法兰上。6.根据权利要求1所述的测定工质沸腾换热系数的测试系统，其特征在于，光源孔设置在沸腾容器正上端中心位置，光源孔外螺纹连接有光孔旋套，光孔玻璃与光孔旋套和光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾捷，任千悦，贾璇，田琦，程远达，李风雷，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：