[发明专利]一种用于测量管束换热特性的系统和方法

权利要求书

1.一种用于测量管束换热特性的系统，其特征是，包括进风管道，所述进风管道左侧为进风口，所述进风管道内部从左至右依次设有轴流风机、风道闸门和文丘里段，所述文丘里段右侧连接第一直管段，所述第一直管段内部设有皮托管，皮托管与微压计相连，所述第一直管段右侧连接有可更换的换热管束试验段，所述换热管束试验段右侧接有第二直管段，所述第二直管段右侧为排风口，所述换热管束试验段的左右两侧均设有温度传感器Ⅰ，所述温度传感器Ⅰ与数据采集器Ⅰ相连，数据采集器Ⅰ逐时测定换热管束试验段进风口和排风口的风温。

2.如权利要求1所述的测量管束换热特性的系统，其特征是，所述换热管束试验段的下端连接进水管，所述换热管束试验段的上端连接出水管。

3.如权利要求2所述的测量管束换热特性的系统，其特征是，所述进水管通过转子流量计和离心水泵与恒温水浴相接，所述出水管与恒温水浴相连。

4.如权利要求2所述的测量管束换热特性的系统，其特征是，所述换热管束试验段的进水管和出水管上均设有温度传感器Ⅱ，所述温度传感器Ⅱ与数据采集器Ⅱ相连，数据采集器Ⅱ逐时测定换热管束试验段的进水口和出水口水温。

5.如权利要求2所述的测量管束换热特性的系统，其特征是，所述进水管末端连接有放气阀，放气阀与换热管束试验段连接。

6.如权利要求3所述的测量管束换热特性的系统，其特征是，所述恒温水浴为可设置温度和记录加热时间的电加热恒温水浴。

7.一种用于测量管束换热特性的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：将恒温水浴进行充水，设定温度并加热；

步骤2：开启离心水泵，低速运行，直到换热管束试验段中的空气排空，进水管末端的放气阀处溢出水；再高速运行离心水泵，直至工况稳定，即换热管束试验段进水管和出水管数据采集器Ⅱ测定的水温相同；

步骤3：开启轴流风机，并将风道闸板全开，最大风速运行，待工况稳定，读取恒温水浴的加热装置频繁开启的时间段，用于校核换热管束试验段的水侧吸热量和加热量的热平衡；

步骤4：读取数据采集器Ⅰ的进风口和排风口的风温，读取数据采集器Ⅱ的进水口和出水口水温，并采用“九宫格”法，用皮托管和微压计测量得到进风管道横截面的平均风速；

步骤5：调节风道闸板的开度大小，待工况稳定后，重复步骤4，得到不同风速下进风口和排风口的风温和进水口和出水口水温，以及进风管道横截面的平均风速；

步骤6：处理实验数据，去除试验坏点，即热平衡误差超过10％的试验点，计算换热管束的换热系数。

8.如权利要求7所述的测量管束换热特性的方法，其特征是，所述步骤6处理实验数据的步骤如下：

(6-1)计算总体换热系数；

根据总体换热量Q＝KAΔt，得到总体换热系数其中，A为实验管段总面积，Δt为叉流的对数平均温差；

根据逆流对数平均温差对叉流对数平均温差Δt进行修正，其中Δt_max为两种流体的进出口的最大温差，Δt_min为两种流体的进出口的最小温差，并查温差修正系数图得到修正ψ值，得到叉流对数平均温差Δt＝ψ·Δt_m；

(6-2)计算换热管束试验段空气侧的对流换热系数；

先计算水侧流态满足Seider-Tate关联式的适用条件，可计算得到努谢尔数Nu_f，并根据其中d为管径，h_f为流体侧对流换热系数，λ为导热系数，可计算得到水侧的对流换热系数

h1=λ×Nu1d=λ×1.86(Re1Pr1d/L)1/3(η1/ηw)0.14d,]]>

其中h₁为水侧的对流换热系数，λ为导热系数，Nu₁为水侧努谢尔数，d为管径，Re₁为换热管水侧雷诺数，Pr₁为普朗特数，d为管径，L为管长，η₁为流体温度下的动力粘度系数，η_w为壁面温度下的动力粘度系数；

根据

1K=1h1+δλ+1h2,]]>

其中K为总体换热系数，h₁为水侧的对流换热系数，δ为换热管束壁面厚度，λ为导热系数，h₂为空气侧的对流换热系数，可求得空气侧的对流换热系数：

h2=11K-1h1-δλ.]]>