[发明专利]污垢热阻及导热系数的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种污垢热阻及导热系数的测量装置及方法。

背景技术

换热设备的污垢问题是日常生活和工业生产中一个普遍存在的问题，涉及各个领域。据调查，90%的换热设备都存在不同程度的污垢问题，尤其在工业冷却水系统中，污垢的存在给系统造成了严重的危害。首先污垢增加了传热热阻，降低了传热效率；其次污垢很容易造成沉积物下腐蚀，缩短热力设备的使用寿命；垢的存在还会使流通面积减小，增加流动阻力，影响设备的正常运行，增加泵的投资和功耗；此外，换热设备表面上垢的积聚，还会造成局部过热或超温而导致机械性能下降，引发事故。这些都将造成能源和资金的大量浪费，并加重环境污染。据统计，在一些高度工业化国家，换热设备污垢的消耗占国民生产总值的0.25％，美国仅炼油工业与污垢有关的费用就达13.6亿美元。

污垢热阻的测量与污垢防治密切相关，知道了污垢热阻和厚度就能算得污垢导热系数。污垢热阻的测量方法分为传热学法和非传热学法。

非传热学法主要是通过直接或者间接的方法测量污垢厚度，然后根据污垢的导热系数计算污垢热阻。这类方法有超声脉冲反射法、放射性技术、时间推移电影法、光学法等等，它们的缺点是污垢厚度测量误差较大或者方法复杂，成本很高；污垢导热系数数据难以获得或者不可靠，即使是单一成分的污垢导热系数不同文献的数据差别较大。

传热学法的典型代表是“HG/T2160 冷却水动态模拟试验方法”。该方法是在实验室条件下，在模拟换热器中用水蒸汽加热强制流动的冷却水。通过恒定蒸汽温度，测量冷却水进出口温度、冷却水流量等参数测出污垢热阻。该方法的主要缺点是设备复杂庞大，耗水甚至高达十吨；试验的工作量很大，试验的周期很长，一次试验至少要连续15天；测量结果重复性差。另外，由于污垢层的存在和强制流动，会使流速和表面粗糙度发生改变，有时导致局部对流换热系数增大，易造成污垢热阻小于零的假象。

发明内容

本发明是针对现在污垢热阻的测量工作量大、测量周期长、数据不可靠的问题，提出了一种污垢热阻及导热系数的测量装置及方法，测量装置简单、方便，测量结果可靠，重复性好。

本发明的技术方案为：一种污垢热阻及导热系数的测量装置，包括恒温加热装置，容器，温度测量装置和计时器，容器置于恒温加热装置中，温度测量装置中的传感器位于容器中被加热液体的中心点，或者用细长的传感器放在被加热液体中间，下端接近底部，计时器测量记录被加热液体的加热时间。

所述容器有盖，容器为薄壁，内径与厚度之比大于50。

所述被加热液体体积≥容器容积的60%，被加热液体的质量与其比热容的乘积/容器质量与其比热容的乘积≥5。

一种污垢热阻及导热系数的测量方法，包括污垢热阻及导热系数的测量装置，具体包括如下步骤：

1）将恒温加热装置的温度升至恒定的T，无污垢的容器内装入质量为m初始温度为t₁的被加热液体，放入恒温加热装置加热至终温t₂；用计时器测量被加热液体从初始温度t₁加热至终温t₂的时间n；传热面积A取为被加热液体浸润的容器内壁面积；用温度测量装置测得被加热液体的平均温度；

2）用同一容器使其结上一层污垢后，装入质量为m_f初始温度为t_1f的同一被加热液体，放入温度恒为T_f的同一恒温加热装置加热至终温t_2f；用计时器测量被加热液体从初始温度t_1f加热至终温t_2f的时间n_f；污垢面积与被加热液体浸润的容器内壁面积一致为A_f，传热面积取为A_f；用温度测量装置测得被加热液体的平均温度；m_f、A_f、T_f、t_1f、t_2f的数值可以与m、A、T、t₁、t₂相同，也可以相近；