[发明专利]一种汽液-液换热器换热效率测定的实验装置及方法

权利要求书

1.一种汽液-液换热器换热效率测定的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括动力段，加热段，测试段，冷却段并且依次相连；所述动力段包括泵、过滤器、储液罐，为整套装置主回路提供动力，供装置主回路的蒸汽流动；所述加热段包括电热丝加热装置、气液掺混器，加热段将主回路中的过冷液加热至汽液两相状态，通过控制加热段来改变测试段进口的蒸汽干度；所述测试段包括汽液-液换热器、测试段加热或冷却主回路中的蒸汽流，从而获得汽液-液换热器两种不同工作状态的换热效率，所述冷却段包括换热器、制冷装置，冷却段将从测试段出来的蒸汽流冷却至过冷液状态；

从储罐出来的过冷液由泵推动依次通过过滤器、第一观察口、第一流量表、电热丝加热装置和掺混器，过冷液在电热丝加热装置中进行换热，从电热丝加热装置出来的为蒸汽流，电热丝加热装置通过测定输出功率和控制功率大小，以便控制进入汽液-液换热器进口处蒸汽流的干度，从电热丝加热装置出来的蒸气流通过气液掺混器，掺混器使管道内蒸汽两相流达到均匀混合状态，通过第二观察口观察进入测试段汽液-液换热器前管道内流体流型，通过第三观察口观察从汽液-液换热器出来的蒸汽流流型，蒸汽流在换热器中进一步被加热或冷却，在通过换热器后蒸汽流进入冷却段，冷却段中装有换热器，利用回路中的制冷剂对蒸汽进行冷凝，使其转变为过冷液，过冷液离开冷却段后，被收集在储液罐中，完成蒸汽流循环；过冷液从泵出来通过过滤器到达电热丝加热装置，观察口直接观察饱和液体的状态，以检查饱和液体流中是否有任何蒸汽气泡，流量表用来测量此时饱和液体的质量流量，饱和液体接着通过电热丝加热装置转变为蒸汽干度x＝x_in的蒸汽流，x_in为测试段进口处蒸汽干度；

在电热丝加热装置中：

主管道蒸汽流的换热为

式中，Q₁为蒸汽干度从x_in变为饱和液的换热量，为管道内蒸汽流的质量流量，为测试段进口处蒸汽流的比焓，h_g1为电热丝加热装置进口过冷液的比焓；

电热丝加热装置的功率为已知量P，则

Q₁＝P

通过测试段进口的压力或温度及工质的热力性质图表，获得饱和液体的比焓h_x＝0，方程中唯一未知的参数是测试段进口处的比焓

两相流比焓关系式为

式中，h_x＝1为从泵到加热段管道中饱和蒸汽的比焓；此时

在冷却段中:

主管道蒸汽流的换热为

式中，Q₂为蒸汽干度从x_out变为过冷液状态的换热量，为测试段出口处蒸汽干度x＝x_out的比焓，h_g2为换热器出口过冷液的比焓；

测得换热器冷却段进出口冷却液的温度和压强，通过热力性质图表可得进出口冷却液的比焓值h_c,in，h_c,out，角标c表示冷却段中的冷却液；

式中，Q_c为冷却段的换热量，为冷却液的质量流量；

换热器为一已标定换热器，已知其换热效率为ε_c，则

Q₂＝ε_cQ_c

通过冷却段出口压力或温度及工质的热力性质图表，获得过冷液的比焓h_x＝1，方程中唯一未知的参数是测试段出口处的比焓

两相流比焓关系式为

式中，h_x′＝0为从冷却段至储液罐管道中饱和液的比焓，h_x′＝1为从冷却段至储液罐管道中饱和蒸汽的比焓；x_out为测试段出口处蒸汽干度，此时

在汽液-液换热器中：

换热器的换热效率计算可分为以下两种情况；

a.换热器主管道蒸汽流被加热

汽液-液换热器主管道蒸汽流的换热为

测得汽液-液换热器加热回路进出口热液的温度压强和质量流量通过查热力性质图表可得进出口热液的比焓值h_h,in，h_h,out，角标h表示汽液-液换热器加热回路中的热液；

汽液-液换热器加热回路提供的热量为

则汽液-液换热器的换热效率为

b.换热器主管道蒸汽流被冷却

汽液-液换热器主管道蒸汽流的换热为

测得汽液-液换热器冷却回路进出口热液的温度压强和质量流量通过查热力性质图表得进出口热液的比焓值h′_h,in，h′_h,out，角标h表示汽液-液换热器冷却回路中的冷液；

汽液-液换热器冷却回路获得的热量为

则汽液-液换热器的换热效率为