[发明专利]研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置及方法

权利要求书

1.一种研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置，其特征在于：这种研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置包括实验储罐、矩形腔体（1）、PIV装置、数据采集控制系统、加热箱，实验储罐(2)、矩形腔体（1）均为透明的，且二者材质相同，实验储罐(2)设置于矩形腔体（1）内，实验介质充满矩形腔体（1）与实验储罐(2)之间；实验储罐具有浮顶（18），浮顶（18）布置多个测试孔（20），测试管（3）穿过测试孔（20）伸入实验储罐内，伸出浮顶（18）部分通过导线与数据采集控制系统相连，测试管（3）安装多个温度传感器；罐壁底部设置有储罐进口和储罐出口，罐底可拆卸地设置多组加热管（19）；储罐进口、储罐出口、多组加热管进口均与相应的支管路连接，各支管路均设置阀门、温度传感器和流量传感器，并构成实验管路，实验管路的另一端与一组加热箱相连，在加热箱和实验储罐(2)之间安装有一组离心泵，通过切换阀门，切换实验流程；PIV装置通过拍摄预先混合在实验介质中的示踪粒子与温度显影剂，拍摄实验储罐(2)内的三维温度场和速度场，对实验储罐(2)内实验介质的三维温度场与三维速度场进行监测；

所述的实验介质是由有机溶剂与石蜡调制而成的模拟油，有机溶剂为异辛烷或变压器油，实验介质透明且化学组成可调，以便于对试验介质的物性进行调制；

所述加热管可拆卸，按照实验要求，能安装不同规格以及倾斜角度的加热管，还能测试盘管的加热效果，进行多方案的比较和选择，配合正交实验优化管式加热方式；

所述的PIV装置由双腔激光器（12）、高分辨率跨帧相机（16）、电脑以及配套软件、同步器（17）、电源配置器（9）、导光臂（14）与对应光源透镜（13）组成，对实验储罐内三维温度场与速度场数据进行实时收集；

使用PIV装置对实验储罐内介质的三维温度场与三维速度场进行监测的方法，首先打开同步器（17）使拍照时间与激光发射时间在同一时刻，打开电脑上安装的配套软件，在导光臂（14）安装光源透镜（13），调整高分辨率跨帧相机（16）与导光臂（14）方向至所在平面垂直，调整高分辨率跨帧相机（16）焦距与光圈直至在电脑中出现清晰图像；打开电源配置器（9），双腔激光器（12）开始运行，在实验储罐内放置示踪粒子与温度显影剂，使用电脑设置合适的激光发射时间与发射频率，开始进行拍摄。

2.根据权利要求1所述的研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置，其特征在于：所述的测试管（3）安装多个温度传感器的方式为：测试管（3）上具有多个小孔，温度传感器头部通过测试管上的小孔伸出，温度传感器与小孔间采用与测试管（3）相同材质的塑料密封，测试管伸出浮顶（18）外部分的表面涂覆有保温涂料，越靠近罐底和罐顶的测试管（3）处，温度传感器越密集，浮顶（18）距离罐壁越近，测试孔（20）间距越小。

3.一种权利要求2所述的研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置的实验方法，其特征在于：

一、在实验储罐内可拆卸安装若干组预定类型与规格的加热管；

二、使用加热箱将实验介质加热至预定温度；

三、调整浮顶至预定高度，使实验储罐的储液空间固定；

四、打开储罐进口阀门，通过第一离心泵（11）输送第一加热箱（5）中达到预定温度的实验介质，实验介质途经温度传感器与流量传感器进入实验储罐；

五、打开储罐出口阀门，实验介质在第二离心泵（10）的作用下，通过流量传感器和温度传感器后回到第一加热箱（5），期间保持实验储罐内液位稳定；

六、在实验储罐内油温分布均匀后，关闭储罐进口阀门和储罐出口阀门，每个加热管（19）均设置有加热进口阀门和加热出口阀门，将对应若干组加热管的加热进口阀门和加热出口阀门均打开，第二加热箱（6）中达到预定温度的实验介质在第一离心泵（11）作用下，途经温度传感器和流量传感器进入加热管中开始管式加热过程；

七、利用测试管上的温度传感器实时监测实验储罐径向、轴向不同位置的实验介质的温度；采用PIV装置测得管式加热作用下实验储罐中实验介质三维温度场与三维速度场，基于场协同理论计算实验介质的协同角，来判断管式加热效果，基于均匀度理论计算实验介质温度与速度分布的均匀度；

八、通过第二离心泵（10）将实验储罐内实验介质排入第一加热箱（5）内；通过排液口排净罐内剩余实验介质。