[发明专利]一种水冷壁受热面热流密度测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种水冷壁受热面热流密度测量装置，其特征在于，所述装置包括数据采集及处理系统(5)和至少一对热电偶，且所述任一对热电偶均包括一个冷端热电偶(3)和一个热端热电偶(4)；所述冷端热电偶(3)和热端热电偶(4)分别被固定连接在所述水冷壁受热面的冷端测点和热端测点，分别用于测定冷端测点温度和热端测点温度；所述热电偶设有数据线与所述数据采集及处理系统(5)相连。

2.根据权利要求1所述的水冷壁受热面热流密度测量装置，其特征在于，所述任一个热电偶外均设置有保护套管(6)，且所述保护套管(6)末端设置有固定架(7)，所述固定架(7)固定连接在所述水冷壁受热面上。

3.根据权利要求1所述的水冷壁受热面热流密度测量装置，其特征在于，所述水冷壁受热面包括若干水冷管(1)及连接相邻水冷管的鳍片(2)；所述冷端测点和热端测点分别设置在所述水冷壁受热面的背火侧，且所述冷端测点设置在所述水冷壁受热面的水冷管(1)远火端，所述热端测点设置在与所述水冷管(1)最近鳍片(2)的中心轴线点。

4.根据权利要求3所述的水冷壁受热面热流密度测量装置，其特征在于，所述冷端测点和热端测点设置在同一水平高度。

5.一种水冷壁受热管热流密度测量方法，其使用如权利要求1所述的水冷壁受热面热流密度测量装置，其特征在于，所述水冷壁受热面包括若干水冷管(1)及连接相邻水冷管的鳍片(2)；所述方法包括：

选定待测水冷壁受热面，获得其特征参数，通过数值模拟标定出待测水冷壁受热面的热流密度系数k；

将所述冷端测点和热端测点分别布置在待测水冷壁受热面背火侧，且所述冷端测点设置在待测水冷管(1)远火端，所述热端测点设置在与所述水冷管(1)最近鳍片(2)的中心轴线点；

通过数据采集及处理系统(5)获取所述冷端热电偶(3)和所述热端热电偶(4)的温度值T_冷和T_热，并通过公式q＝k(T_热-T_冷)计算得到所述水冷壁受热面的热流密度。

6.根据权利要求5所述的水冷壁受热管热流密度测试方法，其特征在于，所述保护套管(6)和固定架(7)使得所述冷端热电偶(3)和所述热端热电偶(4)定位误差不大于2mm。

7.根据权利要求5所述的水冷壁受热管热流密度测试方法，其特征在于，所述冷端测点和热端测点设置在同一水平高度。

8.根据权利要求5所述的水冷壁受热管热流密度测试方法，其特征在于，所述水冷壁受热面的特征参数包括其壁厚、水冷管(1)管径、鳍片结构及鳍片(2)宽度。

9.根据权利要求5所述的水冷壁受热管热流密度测试方法，其特征在于，所述数值模拟标定方法包括：

根据水冷壁受热面的水冷管及鳍片的几何结构，选取周期计算域开展二维传热数值计算，设定管内壁为等对流换热系数边界条件，对流传热系数h根据如下公式计算：

其中，下标b表示水冷壁受热面截面的工质温度，下标w表示水冷壁受热面向火侧壁面处的工质温度；Nu为努塞尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数；ρ为密度，kg/m³；L为水冷壁管内径；k₁为静止工质的导热系数，W/m·K；

获得待测水冷壁受热面的管材，并根据温度区间选用导热系数k₁，通过数值模拟求出待测水冷壁受热面的热流密度系数k随水冷管外壁热流密度变化的函数关系k＝f(q,T_热,T_冷)；

通过至少输入五个热流密度值并获得相对应的至少三组温度值[T_热,T_冷]标定得到待测水冷壁受热面的热流密度系数k。