[发明专利]数字化传热综合实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种数字化传热综合实验装置及方法，其特征在于由蒸汽系统、冷介质系统、换热系统以及数据采集控制系统组成；其中换热系统由强化管换热器、光滑管换热器、空冷翅片换热器(5)和凝液罐(6)组成：强化管换热器与光滑管换热器并联平行；强化管换热器内的强化内管换热管(11)与光滑管换热器内的光滑管换热管(12)的内管分别通过管道与冷介质系统连接；蒸汽系统并联连接强化内管换热管(11)和光滑管换热管(12)壳程；数据采集控制系统由温度传感器、压力传感器和流量计传感器以及控制面板组成。本发明用于化工原理教学实验中传热系数的测定；对不同传热介质、不同换热器的传热参数进行实验对比；并对实验数据进行采集汇总并上传至数据终端服务器或云平台。

技术领域：

本实用发明涉及到一种数字化化工原理实验教学装置及方法，用于测定对流传热系数。

技术背景：

测定对流传热系数一般是指流体在圆形光滑管中作强制湍流时的对流传热系数，例如水蒸汽加热冷介质(比如冷水，空气等)。强化传热被学术界称为第二代传热技术，它能减小设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；并且能够减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能源和资金。现有传热系数测定装置普遍存在问题：1).换热器组件单一，如通常采用单管换热器，列管式换热器、翅片式换热器等其中之一，而在学生实验过程中，只能得到单一换热器的给热系数，无法与其他换热器组件传热性能进行对比；2).对于当前如何提高换热器的换热能力，减少换热器能量损失以减少换热器的动力消耗，更加有效地利用能源，是一个需要解决的问题；3).对于如何将传统的实验数据，例如温度、压力、管径、换热面积等均采取人工记录，纸质化数据不利于保存，不方便大数据集中分析和综合管理，对实验装置的稳定性评价以及和设备的使用记录，无法进行科学管理。

发明内容：

针对这些问题，本发明的目的是提供了一种数字化传热综合实验装置，本发明的另一目的是利用上述的数字化传热综合实验装置进行传热教学实验的方法。

本发明的技术方案为：数字化传热综合实验装置，其特征在于：由蒸汽系统、冷介质系统、换热系统以及数据采集控制系统四部分组成；其中：换热系统由强化管换热器、光滑管换热器、空冷翅片换热器5和凝液罐6组成：强化管换热器由强化管观察套管9、强化管外耐压玻璃套管10和强化内管换热管11组成；光滑管换热器由光滑管换热管12、光滑管外耐压玻璃套管13和光滑管观察套管14组成；强化管换热器与光滑管换热器并联平行，位于其下方；强化内管换热管11与光滑管换热管12的内管分别通过管道与冷介质系统连接；强化内管换热管11外部与强化管外耐压玻璃套管10套装连接，强化管外耐压玻璃套管10与强化管观察套管9套装连接；光滑管换热管12外部与光滑管外耐压玻璃套管13 套装连接，光滑管外耐压玻璃套管13外部与光滑管观察套管14套装连接；蒸汽系统的自发生器3的蒸汽管道分别并联连接强化内管换热管11和光滑管换热管 12壳程；强化内管换热管11和光滑管换热管12壳程的尾部通过管道与空冷翅片换热器5和凝液罐6连接；强化内管换热管11与光滑管换热管12管程放净口用管道与室外下水道相连；冷介质系统由物料输送设备、变频器2和涡轮流量计 4组成：其中物料输送设备用管道与涡轮流量计4和换热系统中强化管换热器的强化内管换热管11内管相连接；并联与换热系统中光滑管换热器的光滑管换热管12内管连通；数据采集控制系统由温度传感器、压力传感器和流量计传感器以及控制面板组成；强化内管换热管11的进口和出口壁分别设有第一温度感器 8a和第四温度感器8d；光滑管换热管12的进口和出口壁分别设有第二温度感器 8b和第三温度感器8c；强化内管换热管11和光滑管换热管12进出口两段设有差压传感器15和压力传感器16；其中第一温度传感器8a、第二温度传感器8b、第三温度传感器8c、第四温度传感器8d和涡轮流量计4均与控制面板相连接。

优选上述强化内管换热管11管为翅片管、螺纹管、波纹管、或内插螺旋线圈的圆形直管的任意一种；强化管观察套管9和光滑管观察套管14均为透明的 PVC管、PP管、不锈钢套管，有一段开槽，嵌入有机玻璃；可以观察冷凝现象。