本发明专利技术公开了散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置及方法，属于换热和磨损综合测试领域，包括测试支架、转动设置于测试支架内的测试转筒、用于驱动测试转筒转动的驱动电机以及换热测试机构或者磨损测试机构；测试转筒内盛放有颗粒；换热测试机构和磨损测试机构均包括在测试时一端固定于支架上且另一端插入颗粒内部的测试组件和特性采集组件。本发明专利技术采用上述散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置及方法，可测定高温固体颗粒与换热管之间的综合换热系数，还可通过一次实验，获得不同压强下颗粒与换热管的磨损规律，实现高通量的测试。测试。测试。
【技术实现步骤摘要】
散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置及方法
[0001]本专利技术涉及换热以及磨损综合测试
，尤其涉及散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置及方法。
技术介绍
[0002]在储热、热态渣余能利用等领域，均存在高温固体颗粒与换热管换热、磨损的研究需求。高温固体颗粒与换热管的传热系数，关系到换热装置的设计制造。
[0003]由于高温固体颗粒扰流换热管可以增强换热强度，但是也会使得换热管表面磨损，并对换热管安全服役造成影响。所以通常在换热管外部涂敷耐磨涂层来保护换热管。
[0004]但是，现有的实验方法缺少对换热以及在高温情况下检测颗粒与换热管的磨损规律的研究。
技术实现思路
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置及方法，可测定高温固体颗粒与换热管之间的综合换热系数，还可通过一次实验，获得不同压强下颗粒与换热管的磨损规律，实现高通量的测试。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置，包括测试支架、转动设置于测试支架内的测试转筒、用于驱动测试转筒转动的驱动电机以及换热测试机构或者磨损测试机构；测试转筒内盛放有颗粒；换热测试机构和磨损测试机构均包括在测试时一端固定于支架上且另一端插入颗粒内部的测试组件和特性采集组件。
[0007]优选的，换热测试机构的测试组件包括探测棒；换热测试机构的特性采集组件包括用于在测试时采集探测棒芯部温度的第一热电偶以及用于在测试时采集颗粒温度的第二热电偶，第一热电偶插入开设于探测棒中轴线上的中心孔内，第二热电偶插入颗粒内部；第一热电偶和第二热电偶均与用于存储测量温度值的测温仪的输入端相连，测温仪的输出端与用于计算颗粒壁面换热系数的处理器相连；换热测试机构还包括用于在测试前加热探测棒至指定温度的加热炉。
[0008]优选的，磨损测试机构的测试组件包括换热管和设置于换热管内部的加热棒；换热测试机构的特性采集组件包括用于采集换热管的管壁温度的第三热电偶和用于在测试前后分别扫描换热管外壁直径的线激光扫描仪；第三热电偶插入换热管的内部，且第三热电偶与温控器的输入端电性连接，温控器的输出端与加热棒电性连接。
[0009]优选的，换热管为由经10号钢或者20号钢制成的锅炉无缝钢管，换热管表面涂覆有涂层，涂层的材质为金属涂层、陶瓷涂层或者金属陶瓷涂层。
[0010]优选的，测试支架包括承载板、固定于承载板四角的支撑立柱和设置于承载板的上方的支撑立柱上的固定板，承载板的顶端水平转动设置有测试转筒，承载板的底端设置有驱动电机，驱动电机的电机轴穿过承载板后与测试转筒外部底端中心固定连接；驱动电机还与用于控制转速的转速控制器电性连接，转速控制器固定于承载板上。
[0011]优选的，测试转筒包括耐高温外筒、与耐高温外筒底端内壁焊接的耐高温内筒以及填充于耐高温外筒和耐高温内筒之间的保温岩棉；耐高温外筒和耐高温内筒的材质相同。
[0012]优选的，固定板上且对应测试转筒的位置开设有固定孔，固定孔内经顶帽固定有测试棒或者换热管。
[0013]散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置的方法，包括以下步骤：S1、搭建测试装置以及根据实际工况进行驱动电机选型；S2、将颗粒倒入测试转筒内部；S3、换热测试：S31、将第一热电偶插入探测棒的中心孔内，并将探测棒置于加热炉中加热，直至第一热电偶探测的温度达到指定温度；S32、取出探测棒，将其顶端固定于安装板上，底端插入颗粒内部，并在颗粒内部插入第二热电偶，经测温仪分别记录第一热电偶和第二热电偶的探测值；S33、打开驱动电机，带动测试转筒转动，直至第一热电偶探测温度低于设定温度，关闭驱动电机和测温仪；S34、将测温仪内存储的温度导入处理器中，计算颗粒壁面换热系数；S4、取出探测棒和第二热电偶；S5、磨损测试：S51、利用线激光扫描仪扫描换热管的外壁直径；S52、将加热棒和第三热电偶均放置于换热管内；S53、将换热管一端固定于安装板上，另一端插入颗粒内；S54、打开温控器，控制加热棒加热，直至第三热电偶探测得到的温度达到指定温度；S55、打开驱动电机，带动测试转筒转动，直至转动时间达到指定时间；S56、关闭温控器和驱动电机，取出换热管并在换热管冷却后，利用线激光扫描仪再次扫描换热管外壁直径；S57、将由步骤S56扫描得到的换热管的外壁直径与由步骤S51扫描得到的换热管的外壁直径作差，得到换热管沿长度方向不同位置的磨损量。
[0014]优选的，在步骤S2中颗粒倒入测试转筒后的，料面的高度为探测棒长度或者换热管长度的1.5倍；步骤S32中探测棒插入颗粒的位置以及步骤S53中换热管插入颗粒的位置与实际工况中的位置相同。
[0015]优选的，步骤S34所述的颗粒壁面换热系数的计算方法如下：S341、求解探测棒沿直径方向的温度分布：
(1)式中：为探测棒内部位置、时间的温度，单位为；为经第一热电偶探测的探测棒芯部温度，单位为；为热扩散率，单位为；为时间，单位为；为探测棒的内部半径，单位为；表示对时间的阶偏导；S342、基于式(1)，应用傅立叶导热定律，得到半径处的热流密度公式如下： (2)式中，为半径处的热流密度，单位为；为密度，单位为；为比热，单位为；S343、采用探测棒外壁面温度、颗粒平均温度和探测棒外壁处的热流密度计算出如下颗粒与壁面的换热系数：(3)其中，颗粒平均温度采用多次测量转筒内颗粒的温度，取算术平均值的方式确定，为探测棒的外半径。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：1、可以在考虑颗粒与换热管之间的接触换热、对流换热、辐射换热的前提下，测定高温固体颗粒与换热管之间的综合换热系数；2、在换热测试时，通过探测棒替代换热管，仅测量探测棒芯部温度即可，降低了后续处理难度；3、可通过一次实验，测定固体颗粒与换热管之间的磨损规律，获得温度对磨损的影响规律以及不同压强下颗粒与换热管的磨损规律，实现高通量的测试；4、通过简单的部件更换，即可依次进行换热测试和磨损测试，降低了测试成本。
[0017]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置的测试转筒与测试支架装配图；图2为本专利技术的散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置的换热管结构示意图；图3为本专利技术的散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置的探测棒结构示意图；图4为本专利技术的散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置的方法的流程图；图5为本专利技术的实施例的换热实验结果图；图6为本专利技术的实施例的换热管在磨损前后的半径对比图；图7为本专利技术的实施例的换热管在实验之后的磨损量结果图。
[0019]其中：1、测试支架；11、固定板；111、固定孔；12、支撑立柱；13、承载板；2、测试转筒；3、换热管；4、加热棒；5、探测棒；6、第一热电偶。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术实施例公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术实施例进行进本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置，其特征在于：包括测试支架、转动设置于测试支架内的测试转筒、用于驱动测试转筒转动的驱动电机以及换热测试机构或者磨损测试机构；测试转筒内盛放有颗粒；换热测试机构和磨损测试机构均包括在测试时一端固定于支架上且另一端插入颗粒内部的测试组件和特性采集组件。2.根据权利要求1所述的散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置，其特征在于：换热测试机构的测试组件包括探测棒；换热测试机构的特性采集组件包括用于在测试时采集探测棒芯部温度的第一热电偶以及用于在测试时采集颗粒温度的第二热电偶，第一热电偶插入开设于探测棒中轴线上的中心孔内，第二热电偶插入颗粒内部；第一热电偶和第二热电偶均与用于存储测量温度值的测温仪的输入端相连，测温仪的输出端与用于计算颗粒壁面换热系数的处理器相连；换热测试机构还包括用于在测试前加热探测棒至指定温度的加热炉。3.根据权利要求1所述的散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置，其特征在于：磨损测试机构的测试组件包括换热管和设置于换热管内部的加热棒；换热测试机构的特性采集组件包括用于采集换热管的管壁温度的第三热电偶和用于在测试前后分别扫描换热管外壁直径的线激光扫描仪；第三热电偶插入换热管的内部，且第三热电偶与温控器的输入端电性连接，温控器的输出端与加热棒电性连接。4.根据权利要求3所述的散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置，其特征在于：换热管为由经10号钢或者20号钢制成的锅炉无缝钢管，换热管表面涂覆有涂层，涂层的材质为金属涂层、陶瓷涂层或者金属陶瓷涂层。5.根据权利要求2或3所述的散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置，其特征在于：测试支架包括承载板、固定于承载板四角的支撑立柱和设置于承载板的上方的支撑立柱上的固定板，承载板的顶端水平转动设置有测试转筒，承载板的底端设置有驱动电机，驱动电机的电机轴穿过承载板后与测试转筒外部底端中心固定连接；驱动电机还与用于控制转速的转速控制器电性连接，转速控制器固定于承载板上。6.根据权利要求5所述的散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置，其特征在于：测试转筒包括耐高温外筒、与耐高温外筒底端内壁焊接的耐高温内筒以及填充于耐高温外筒和耐高温内筒之间的保温岩棉；耐高温外筒和耐高温内筒的材质相同。7.根据权利要求5所述的散体与固体壁面的换热和磨损综合测试装置，其特征在于：固定板上且对应测试转筒的位置开设有固定孔，固定孔内经顶帽固定有测试棒或者换热管。8.基于上述权利要求1所述的散体与固体壁面的换热和磨损...
【专利技术属性】
技术研发人员：豆瑞锋，付仲亮，楼国锋，刘训良，苏福永，温治，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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