專利名稱：一種熱流密度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱能動(dòng)力工程測(cè)量領(lǐng)域，特別是一種測(cè)量高溫高壓狀 態(tài)下的熱流密度計(jì)。
背景技術(shù)：
在熱能動(dòng)力工程的很多場(chǎng)合中，需要測(cè)量流體與固體壁面間進(jìn)行 熱交換時(shí)的換熱量，進(jìn)而可以對(duì)固體壁面的受熱情況進(jìn)行熱分析以及 更深層次的熱應(yīng)力分析。例如在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中存在許多管嘴， 通過(guò)這些管嘴會(huì)對(duì)系統(tǒng)注入一些流體，這些注入的流體的溫度與系統(tǒng) 內(nèi)部流體的溫度存在巨大差異，因此這些管嘴就會(huì)承受巨大頻繁的熱 沖擊。而要對(duì)這樣的熱沖擊進(jìn)行確定的理論分析和計(jì)算就必須了解此 時(shí)流體和管嘴固體壁面間的熱交換。對(duì)于這樣的復(fù)雜流動(dòng)過(guò)程通過(guò)理 論計(jì)算的方法很難得到局部的熱流密度及換熱系數(shù)，因此必須采用測(cè) 量的方法確定熱流密度。而這種測(cè)量?jī)x器通常會(huì)工作在高溫高壓狀態(tài) 下，因此需要開發(fā)能夠工作于高溫高壓條件下的熱流密度計(jì)。類似的 測(cè)量過(guò)程也可見于鍋爐汽包等多種熱能動(dòng)力設(shè)備當(dāng)中。
對(duì)于熱流密度的測(cè)量，由于工業(yè)發(fā)展的需要很早就開始有相關(guān)的 儀器設(shè)備出現(xiàn)。目前，測(cè)量固體壁面熱流密度的計(jì)量?jī)x器很多，如建 筑物墻壁內(nèi)部熱流密度的測(cè)量、工業(yè)爐窯中爐膛壁面內(nèi)熱流密度的測(cè)
量。專利200610028865.4給出了一種建筑墻體傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)辦法，其通過(guò)加熱裝置及其控制設(shè)備對(duì)被測(cè)墻體應(yīng)用常功率半面熱源 進(jìn)行恒定加熱，在被測(cè)區(qū)域內(nèi)形成一局部穩(wěn)態(tài)均勻熱流，使墻體在人
工構(gòu)造的穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)。專利200410026343.1同樣給出 了建筑物墻體傳熱系數(shù)的測(cè)量方法，也是利用人為方法造成墻體內(nèi)的 熱流，通過(guò)粘貼的溫度傳感器測(cè)量溫度變化以求出熱流密度。專利 200620091887.0則提供了一種測(cè)量固體界面接觸換熱系數(shù)的裝置，該 裝置實(shí)際上也是通過(guò)測(cè)量沿?zé)崃鞣较虿煌嚯x處的溫差進(jìn)而得到熱 流密度及換熱系數(shù)。專利200610009794.3給出了一種能應(yīng)用于超高 溫、強(qiáng)電、大干擾的流場(chǎng)環(huán)境中測(cè)量熱流密度的裝置和方法。
從測(cè)量原理角度看，基本上熱流密度的測(cè)量都是通過(guò)測(cè)量沿?zé)崃?方向上不同距離處的溫度變化，再通過(guò)導(dǎo)熱問(wèn)題的理論求出熱流密 度。但隨著應(yīng)用場(chǎng)合的不同會(huì)對(duì)熱流密度計(jì)有不同的要求。對(duì)于一些 復(fù)雜的環(huán)境，如高溫高壓被測(cè)管道內(nèi)流動(dòng)，想要測(cè)量高溫高壓流體沿 被測(cè)管道壁厚方向傳遞的熱流密度就非常困難，如果進(jìn)一步要求得局 部的換熱系數(shù)，就要求同步測(cè)量出流體的近壁面溫度。對(duì)于這種復(fù)雜 的情況，上述的幾種熱流密度計(jì)均不能適用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)量?jī)x器無(wú)法滿足高溫高壓狀態(tài)下熱流密度 測(cè)量的狀況，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可應(yīng)用于測(cè)量高 溫高壓條件下被測(cè)管道內(nèi)流體與管壁間進(jìn)行熱交換時(shí)的熱流密度以 及換熱系數(shù)的熱流密度計(jì)，而且本發(fā)明的密度計(jì)能同步測(cè)量流體溫 度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是-
一種熱流密度計(jì)，包括熱電偶，銅管，連接導(dǎo)線；銅管為一端封 閉另一端開口的管狀結(jié)構(gòu)，在管壁上與管壁的端部均設(shè)置有孔，孔中 設(shè)置有熱電偶，與熱電偶尾部相連接的各導(dǎo)線從銅管的開口一端引出, 所述銅管的外壁上設(shè)置有固定裝置。
所述的熱電偶至少有一個(gè)通過(guò)銅管端部的孔并從孔中伸出。所述 的熱電偶的端部不高于銅管的管壁的外輪廓線。所述的熱電偶的尾部 的導(dǎo)線相互絕緣，不得扭曲纏繞。所述的熱電偶至少為一根。
所述的熱電偶與銅管之間使用熔焊的方法連接。所述的銅管為紫 銅管。
所述的銅管端部輪廓線垂直于銅管軸線或者對(duì)稱于銅管軸線。 所述銅管上設(shè)置的固定裝置，包括下底座、卡箍、卡套。 本發(fā)明的熱流密度計(jì)能承受高溫高壓的工作環(huán)境條件，所述熱流 密度計(jì)可以同步測(cè)量流體溫度，測(cè)量得出的換熱系數(shù)的誤差更小。


圖1是本發(fā)明本體紫銅管及熱電偶示意圖； 圖2是本發(fā)明的卡箍式連接裝置示意圖 圖3是本發(fā)明與固定裝置連接示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 如圖1所示，熱流密度計(jì)的本體由紫銅管2，熱電偶l-a、 l-b、 l-c、 l-d構(gòu)成。該熱流密度計(jì)的外殼是一個(gè)中空的紫銅棒，使用精密加工機(jī)床對(duì)紫銅棒的中心鉆孔，使其形成一個(gè)內(nèi)部中空的管狀結(jié)
構(gòu)，該銅管2的一端為封閉狀態(tài)，所述的紫銅管2端部7輪廓線垂直 于銅管軸線或者對(duì)稱于銅管軸線。在銅管2側(cè)面距端部4mm、 8mm、 12mm處分別鉆有(()l. 5,的小孔，在銅管端部7同樣鉆有相同尺寸的 小孔。將3個(gè)熱電偶絲穿入銅管2側(cè)部的小孔，使熱電偶l-a、 l-b、 l-c的端部不要突出銅管2的外壁輪廓線，與熱電偶l-a、 1-b、卜c、 卜d尾部相連接的各導(dǎo)線3從銅管2的開口一端引出，熱電偶l-a、 l-b、 1-c、卜d的尾部的導(dǎo)線3相互絕緣，不得扭曲纏繞。設(shè)置于銅 管端部7測(cè)量流體溫度的熱電偶l-d則是通過(guò)小孔伸出銅管端7部外 lmm。通過(guò)熔焊的方式使該小孔密封，各熱電偶絲也因熔焊而與銅管 連為一體。
熱流密度計(jì)的卡箍式連接裝置如圖2、圖3所示。螺紋卡套4通 過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)與下底座6連接，卡箍8位于下底座6 口部的錐體內(nèi)。安 裝使用時(shí)，在被測(cè)管道9內(nèi)壁鉆有一孔，將連接裝置的下底座6焊接 于被測(cè)管道外壁，下底座6的上部設(shè)有外螺紋。將測(cè)量用的紫銅管2 穿入孔中，使得測(cè)量銅管2端部7與被測(cè)管道9內(nèi)壁基本平齊。再將 上螺紋卡套4與下底座6通過(guò)螺紋連接，位于上螺紋卡套4與下底座 6之間的卡箍8在螺紋不斷旋緊作用下，會(huì)緊緊壓迫紫銅管2，完成 對(duì)紫銅管2的密封?？ü?也使用紫銅材料制成，這樣能保證在高溫 作用下其仍能壓緊紫銅管，使紫銅管密封完好。
由于在沿銅管2軸向方向上至少設(shè)置有1個(gè)或者多個(gè)熱電偶絲， 使用時(shí)在測(cè)量紫銅管2軸向內(nèi)部就會(huì)有相應(yīng)的熱流傳遞。這樣就可以利用熱電偶測(cè)量得到的溫度變化測(cè)得沿銅管傳遞的熱流密度的大小。
有一個(gè)熱電偶絲是通過(guò)紫銅管端部7的孔伸出紫銅管外。當(dāng)測(cè)量銅管 2通過(guò)固定裝置安裝于被測(cè)管道9壁內(nèi)后，所述熱電偶可以同步測(cè)量 出流經(jīng)此處的流體溫度。這樣根據(jù)傅立葉導(dǎo)熱定律以及流體換熱系數(shù) 的定義就可以測(cè)得該處換熱系數(shù)。由于所述熱電偶絲均是通過(guò)熔焊的 方式與紫銅管相連接，并且通過(guò)瑢焊技術(shù)使得小孔處密封，可以承受 20MPa的高壓，經(jīng)過(guò)測(cè)試在20MPa的壓力下熔焊小孔不會(huì)出現(xiàn)泄漏， 所述的熱流密度計(jì)通過(guò)卡箍式固定裝置固定，可以應(yīng)用于高溫高壓的 復(fù)雜條件下。
熱流密度計(jì)的本體做好后，通過(guò)卡箍式連接裝置與被測(cè)管道9壁 面相連接。熱流密度計(jì)必須與被測(cè)管道9內(nèi)部流體接觸才能測(cè)量相應(yīng) 的熱流密度及換熱系數(shù)，必須保證被測(cè)管道9內(nèi)流體不會(huì)通過(guò)所述熱 流計(jì)泄露出來(lái)，特別是當(dāng)被測(cè)管道9內(nèi)部壓力較高時(shí)；這種連接方式 還得承受高溫環(huán)境的考驗(yàn)，本發(fā)明采用卡箍式連接使得本熱流計(jì)既能 承受高壓也能承受高溫。
工作時(shí)熱流沿紫銅管由端部7向開口部位傳遞，測(cè)量銅管內(nèi)設(shè)置 的熱電偶感知到不同位置處的溫度，即可測(cè)出熱流密度，進(jìn)而同步測(cè) 量出的流體換熱系數(shù)。具體應(yīng)用時(shí)，所有熱電偶信號(hào)均通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)采集處理，可在物理現(xiàn)象發(fā)生的同時(shí)測(cè)量出相應(yīng)的熱流密度 和對(duì)流換熱系數(shù)。
權(quán)利要求
1、一種熱流密度計(jì)，包括熱電偶，銅管(2)，連接導(dǎo)線(3)，其特征在于銅管(2)為一端封閉另一端開口的管狀結(jié)構(gòu)，在管壁上與管壁的端部(7)均設(shè)置有孔，孔中設(shè)置有熱電偶(1-a、1-b、1-c、1-d)，與熱電偶(1-a、1-b、1-c、1-d)尾部相連接的各導(dǎo)線(3)從銅管的開口一端引出，所述銅管(2)的外壁上設(shè)置有固定裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱流密度計(jì)，其特征在于所述的熱 電偶(l-a、 l-b、 1-c、 l-d)中至少有一個(gè)通過(guò)銅管端部的孔并從孔 中伸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱流密度計(jì)，其特征在于所述的熱電 偶(l-a、 1-b、 l-c)的端部不高于銅管(2)的管壁的外輪廓線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱流密度計(jì)，其特征在于所述的熱 電偶(l-a、 1-b、 1-c、 1-d)的尾部的導(dǎo)線(3)相互絕緣，不得扭 曲纏繞。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱流密度計(jì)，其特征在于所述的熱 電偶至少為一根。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱流密度計(jì)，其特征在于所述的熱 電偶(1)與銅管(2)之間使用熔焊的方法連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱流密度計(jì)，其特征在于所述的銅 管(2)為紫銅管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱流密度計(jì)，其特征在于所述的銅管(2)端部(7)輪廓線垂直于銅管軸線或者對(duì)稱于銅管軸線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱流密度計(jì)，其特征在于所述銅管 (2)上設(shè)置的固定裝置，包括下底座(6)、卡箍(8)、卡套(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱能動(dòng)力工程測(cè)量領(lǐng)域，特別是一種測(cè)量高溫高壓狀態(tài)下的熱流密度計(jì)。一種熱流密度計(jì)，包括熱電偶，銅管，連接導(dǎo)線，其特征在于銅管為一端封閉，另一端開口的管狀結(jié)構(gòu)，在管壁上與管壁的端部均設(shè)置有孔，孔中設(shè)置有至少一個(gè)熱電偶，與熱電偶尾部相連接的各導(dǎo)線從銅管的開口一端引出，所述銅管的外壁上設(shè)置有固定裝置。本發(fā)明的熱流密度計(jì)能承受高溫高壓的工作環(huán)境條件，所述熱流密度計(jì)可以同步測(cè)量流體溫度，測(cè)量得出的換熱系數(shù)的誤差更小。
文檔編號(hào)G01K7/02GK101514968SQ20091002134
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者黨高建, 旭 張, 張毅雄, 慶 毛, 王海軍, 羅毓珊, 陳聽寬 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)