[发明专利]板式换热器传热性能瞬态测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传热性能瞬态测试装置及方法，具体涉及一种板式换热器传热性能瞬态测试装置及方法。

背景技术

板式换热器由经过压制的金属薄板片叠加组装而成，具有传热系数高、换热效率高、占地面积小、多种介质换热、对数平均温差大、进出口温度端差小、维护使用方便的优点，在食品、医药、化学、电力、制冷、空调、冶金、机械等多种工业领域得到了广泛应用，如牛奶灭菌、合成氨、炼钢工艺冷却、动力循环回热过程等。

板式换热器的传热系数大小直观反映了其传热性能的优劣，是一个重要性能指标。准确测量板式换热器传热系数是衡量其传热性能的基本方法，是开展相关传热理论研究及工艺技术开发的先决条件，也是检验和优化设计、提高板式换热器性能水平的重要手段。

目前，测量换热器板片与工质间传热系数的主要方法是稳态实验技术。该技术以牛顿冷却定律为理论基础，它采用稳定热源持续加热传热板片表面，通过测量稳态传热量、工质流量、工质温度和板片温度来计算传热系数大小。由于板式换热器的板片紧密贴合，板片间的流动空间狭小且形状复杂，加之板片厚度很薄，为获取板片壁温而埋设测温探头、引线等装置的难度很大，而且所设置的壁温测量设备会对换热器内部流场、温度场产生干扰和影响，导致传热系数测试出现偏差，降低了实验精度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种板式换热器传热性能瞬态测试装置及方法，该装置及方法能够准确测量板式换热器的传热系数。

为达到上述目的，本发明所述的板式换热器传热性能瞬态测试装置包括入口段、收缩段、加热段、稳定段、实验段、排出段及数据采集系统，其中，入口段、收缩段、加热段、稳定段、实验段及排出段依次相连通，加热段内设有加热器，稳定段的出口处设有第一组温度传感器，待测板式换热器位于实验段内，排出段的入口处设有压力传感器及第二组温度传感器，排出段的中部设有流量计，排出段的出口连通有风机，数据采集系统的输入端与压力传感器、流量计、各温度传感器的输出端相连接。

入口段内沿工质流通的方向依次设有蜂窝器及若干层丝网。

收缩段的收缩比为2～25。

稳定段的长度与直径的比例为0.5～10。

第一组温度传感器呈网状结构分布；

第二组温度传感器呈网状结构分布。

排出段上设置有调节阀，调节阀位于流量计与排出段的出口之间。

本发明所述的板式换热器传热性能瞬态测试方法包括以下步骤：

1)开启风机，风机导引工质依次流经入口段、收缩段、加热段、稳定段、实验段、排出段及风机；

2)设定流量，当流量计、第一组温度传感器、第二组温度传感器及压力传感器检测得到的数据稳定时，数据采集系统通过第一组温度传感器采集实验段进口处的工质温度T_in，数据采集系统通过第二组温度传感器采集实验段出口处的工质温度T_out，数据采集系统通过流量计采集流经排出段的工质流量，数据采集系统通过压力传感器采集实验段出口处的工质压力；

3)对实验段进行能量守恒分析，根据牛顿冷却定律及傅里叶定律建立待测板式换热器内板片与工质之间的传热微分方程，采用控制容积积分法将传热微分方程离散化为代数方程，设定实验段平均传热系数h的初值为h₀，将h₀、实验段进口处的工质温度T_in、排出段的工质流量及实验段出口处的工质压力代入上述代数方程中并求解方程，得实验段出口处的工质温度计算值T_out^*，调整h值重复求解代数方程并更新T_out^*，直到计算值T_out^*与温度测量值T_out之间的偏差满足计算精度要求为止，最终的h值即为设定流量下实验段平均传热系数测量结果；

4)通过风机调整实验段工质的流量，然后再重复步骤2)及步骤3)，完成不同流量下实验段中板式换热器的传热性能瞬态测试。

本发明具有以下有益效果：