[发明专利]微温差条件下提高换热器换热量测量精度的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及换热器测试技术，具体属于一种微温差条件下测量换热器换热量的系统及方法。

背景技术

在换热器行业中，为了检测换热器的性能，通常需要采用一个换热器性能测试装置，该装置的测试原理基本为焓差法，即通过测量一侧流体的质量流量和进出口焓差来计算该换热器的换热量。当流体为单相流体时，例如水，就可以通过测量水的进出口温度来计算水的焓值。这种测量方法虽然简单易于实现，但是却存在一定的缺点，即换热量的测量精度受流体进出口焓差或温差的影响比较大，当流体的进出口焓差或温差越小，该方法的测量误差就越大，下面以流体为水作为例子加以说明。

假定质量流量的测量不确定度为0.1％(k＝3)，温度的测量精度为0.1℃(k＝2)，忽略漏热的影响。

条件1：假定水的质量流量为1kg/s，流入换热器时的进口温度为20℃，从换热器流出时的出口温度为30℃，25℃水的定压比热为4.1816kJ/kg℃，则换热量为Q＝1×(30-20)×4.1816＝41.816kW。条件1的测量不确定度为0.592kW(k＝2)，参见表一，测量不确定度的计算参照《使用测量不确定度评定》，第3版，246页，中国计量出版社，2009年。

条件2：假定水的质量流量为10kg/s，流入换热器时的进口温度为20℃，从换热器流出时的出口温度为21℃，20.5℃水的定压比热为4.1840kJ/kg℃，则换热量为Q＝10×(21-20)×4.1840＝41.840kW。条件2的测量不确定度为5.91kW(k＝2)，参见表二。

从以上两种情况可以看出，虽然两种条件下换热量相同，但是换热量的测量精度却大不相同。在流体进出口温差微小(小于等于5℃)的情况下，如何提高换热量的测量精度一直是行业内的重要研究课题。其中，最常用的方法就是采用更高精度的温度传感器，例如将温度传感器的测量精度提高到0.01℃(k＝2)，如果在条件2中采用这种温度传感器，那么条件2的测量不确定度才为0.592kW(K＝2)，如表三。

然而，上述计算结果只是理论精度，在工程实践中还存在以下问题：

1)传感器价格比较昂贵，而且精度越高价格越贵，并且不宜在现场进行计量，这直接影响了试验方法的推广；

2)在测试过程中不可避免地存在传感器的漏热，以及流体温度场均匀性的问题，即便采用测量精度为0.01℃的温度传感器，实际测量的温度不确定度也会高于前述理论计算中的温度不确定度，因此为了降低漏热和温度均匀性的影响，针对换热器的整个测试系统搭建难度非常高；

3)当流体的进出口温差进一步缩小时，如温差在0.1℃～1℃，目前也再无更好的解决方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种微温差条件下测量换热器换热量的系统及方法，在换热器进出口温差微小的情况下可以提高换热器的换热量测量精度。

为解决上述技术问题，本发明提供的微温差条件下测量换热器换热量的系统，包括被测换热器、二次侧流体循环装置和一次侧流体供给装置；

所述被测换热器包括第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，其中第一入口和第一出口与所述二次侧流体循环装置连接，第二入口和第二出口由另一换热流体流入和流出；

所述二次侧流体循环装置具有流量控制器、入口A和出口B，其中入口A和出口B通过一连接管路相连，所述流量控制器使流入被测换热器第一入口的流体流量保持恒定，所述被测换热器的第一入口设有一第一温度传感器，被测换热器的第一出口之间设有一第二温度传感器，一第一流量计设于被测换热器的第一入口或者被测换热器的第一出口；

所述一次侧流体供给装置与二次侧流体循环装置连通，且出口处设有一第三温度传感器，一第二流量计设于一次侧流体供给装置的入口处或出口处，所述一次侧流体供给装置提供恒定温度的流体，通过改变一次侧流体供给装置提供的流体流量使流入被测换热器第一入口的流体温度恒定。