一種測量制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)的實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)的實驗裝置，所述裝置由制冷劑循環(huán)、熱水循環(huán)、冷卻水循環(huán)組成。冷卻水循環(huán)和熱水循環(huán)采用常規(guī)的循環(huán)泵實現(xiàn)液體流動。制冷劑循環(huán)利用冷凝器與單套管式蒸發(fā)器的高度差，通過加熱，制冷劑汽化，制冷劑蒸汽從一側(cè)蒸騰到達冷凝器，在冷凝器內(nèi)冷凝，然后在重力作用下流下來，形成自然循環(huán)流動。該裝置可以模擬制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱過程，為研究制冷劑在不同工況下管內(nèi)沸騰換熱系數(shù)提供了實驗手段。通過合理設(shè)置，可以模擬制冷劑進入蒸發(fā)器的狀態(tài)參數(shù)，同時，該裝置沒有使用壓縮機和屏蔽泵作為制冷循環(huán)的動力裝置，更容易控制制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的流動換熱過程。
【專利說明】一種測量制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)的實驗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的模擬制冷劑在水平管內(nèi)流動沸騰工況的實驗裝置，并可較為準確地測出制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]為了研究制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)，需要模擬實際制冷系統(tǒng)中蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑管內(nèi)流動沸騰過程，通常采用壓縮機或者屏蔽泵來為制冷劑在系統(tǒng)內(nèi)流動提供循環(huán)動力。如果僅僅是為了研究蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑流動沸騰換熱系數(shù)而搭建一套完整的制冷循環(huán)系統(tǒng)實驗轉(zhuǎn)置，不僅實驗裝置復雜，不可控因素也增多，測控難度增大。目前，研究表面換熱系數(shù)國內(nèi)外公認比較成熟的方法是用威爾遜圖解法擬合表征表面換熱系數(shù)和影響參數(shù)的函數(shù)關(guān)系式，威爾遜圖解法需要的參數(shù)比較多，所以對實驗裝置附屬的測量系統(tǒng)也有較高要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種測量制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)的實驗裝置，該裝置可以不依靠壓縮機或者屏蔽泵提供循環(huán)動力來模擬制冷劑管內(nèi)流動沸騰過程，完全滿足威爾遜圖解法所需各參數(shù)的要求，可以較為簡便地測量制冷劑管內(nèi)流動沸騰表面換熱系數(shù)。
[0004]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種測量制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)的實驗裝置，所述裝置由制冷劑循環(huán)、熱水循環(huán)、冷卻水循環(huán)組成，
[0006]制冷劑循環(huán)包括冷凝器(I)、下降管(2)、制冷劑流量調(diào)節(jié)閥(3)、單向閥(4)、制冷劑預熱器(5)、視鏡(14)、截止閥(18)、單套管式蒸發(fā)器(6)、截止閥(19)、視鏡(15)、上升管(7)、視鏡(16)，其連接方式為:冷凝器(I)的殼程出液口(a)經(jīng)過下降管(2)、制冷劑流量調(diào)節(jié)閥⑶與單向閥⑷進口相連，單向閥⑷出口連接制冷劑預熱器(5)進口，制冷劑預熱器(5)出口經(jīng)過視鏡(14)、截止閥(18)與單套管式蒸發(fā)器(6)制冷劑進口(b)相連，單套管式蒸發(fā)器(6)制冷劑出口(c)經(jīng)過截止閥(19)和兩個具有高度差的視鏡(15)、(16)及二者之間的上升管(7)，然后與冷凝器(I)殼程進口(d)相連，由此構(gòu)成制冷劑循環(huán)；
[0007]熱水循環(huán)包括單套管式蒸發(fā)器(6)、膨脹水箱(8)、熱水循環(huán)泵(9)、旁通閥(10)、熱水循環(huán)加熱器(11)、熱水流量計(12)，其連接方式為:膨脹水箱(8)出口與單套管式蒸發(fā)器(6)熱水出口(e)并聯(lián)后與熱水循環(huán)泵(9)進口連接，熱水循環(huán)泵(9)進出口跨接旁通閥(10)，熱水循環(huán)泵(9)與旁通閥(10)并接后與熱水循環(huán)加熱器(11)進口相接，熱水循環(huán)加熱器(11)出口與熱水流量計(12)進口相接，熱水流量計(12)出口與單套管式蒸發(fā)器
(6)熱水進口(f)相連接，形成熱水循環(huán)；
[0008]冷卻水循環(huán)包括冷凝器(I)、冷卻水流量計(13)、截止閥(20)、截止閥(21)、截止閥(22)、截止閥(23)，其連接方式為:利用外部冷源提供實驗所需要溫度的冷卻水，冷卻水經(jīng)過冷卻水流量計(13)后分為兩路:一路經(jīng)截止閥(20)接入冷凝器(I)管程進口(g)，經(jīng)過冷凝器內(nèi)上層布置的冷凝管，從冷凝器(1)管程出口 00出來，管程出口 00處設(shè)置截止閥(21)；另一路經(jīng)截止閥(22)接入冷凝器(1)管程進口(1),經(jīng)過冷凝器(1)內(nèi)下層布置的過冷管，從冷凝器⑴管程出口 0)出來，管程出口 0)處設(shè)置截止閥(23)；
[0009]冷凝器(1)設(shè)置在單套管式蒸發(fā)器(6)的上方，制冷劑預熱器(5)、視鏡(14)和截止閥(18).(19)與單套管式蒸發(fā)器(6)在同一水平高度，視鏡(15)的高度高出視鏡(14),視鏡(16)的高度高出視鏡(15)，在冷凝器⑴殼體上安裝視鏡(17)，視鏡(17)和視鏡(16)位于同一水平高度。
[0010]進一步地，視鏡(15)的高度高出視鏡(14)0.1米，視鏡(16)的高度高出視鏡(15)0.9米，在冷凝器(1)殼體1/3高度位置上安裝視鏡(17)。
[0011]進一步地，所述單套管式蒸發(fā)器出)為可拆卸式單套管式蒸發(fā)器，內(nèi)管可以更換，以方便各種經(jīng)不同方法處理的強化內(nèi)管換熱系數(shù)的研究。
[0012]本發(fā)明裝置沒有常規(guī)壓縮式制冷系統(tǒng)所采用的壓縮機作為動力裝置，也沒有采用一般實驗臺用屏蔽泵提供動力的做法，而是利用冷凝器與單套管式蒸發(fā)器的高度差，通過加熱，制冷劑汽化，制冷劑蒸汽從一側(cè)蒸騰到達冷凝器，在冷凝器內(nèi)冷凝，然后在重力作用下流下來，形成自然循環(huán)流動。制冷劑循環(huán)的動力來自于下降液與上升汽的重力差，并且可以通過調(diào)節(jié)加熱功率來控制制冷劑流量?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器電壓的方式改變制冷劑預熱器加熱功率，以改變進入單套管式蒸發(fā)器的制冷劑干度，以此模擬多種壓縮式制冷循環(huán)中蒸發(fā)器進口制冷劑的實際工況。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
[0014]本發(fā)明裝置可以模擬制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱過程，為研究制冷劑在不同工況下管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)提供了簡便的實驗手段。通過合理設(shè)置，可以來模擬制冷劑進入蒸發(fā)器的狀態(tài)參數(shù)，同時，該實驗裝置沒有壓縮機和屏蔽泵作為制冷循環(huán)的動力裝置，更容易控制制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的流動換熱過程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明裝置示意圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做更進一步地解釋。下述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均處于本發(fā)明的保護范圍之中。
[0017]一種測量制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)的實驗裝置，如圖1所示，所述裝置由制冷劑循環(huán)①、熱水循環(huán)②、冷卻水循環(huán)③組成。
[0018]制冷劑循環(huán)①包括冷凝器1、下降管2、制冷劑流量調(diào)節(jié)閥3、單向閥4、制冷劑預熱器5、視鏡14、截止閥18、單套管式蒸發(fā)器6、截止閥19、視鏡15、上升管7、視鏡16，其連接方式如下:冷凝器1的殼程出液口 3經(jīng)過下降管2、制冷劑流量調(diào)節(jié)閥3與單向閥4進口相連，單向閥4出口連接制冷劑預熱器5進口，制冷劑預熱器5出口經(jīng)過視鏡14、截止閥18與單套管式蒸發(fā)器6制冷劑進口 6相連，單套管式蒸發(fā)器6制冷劑出口 0經(jīng)過截止閥19和兩個具有高度差的視鏡15、16及二者之間的上升管7，然后與冷凝器1殼程進口 (1相連，由此構(gòu)成制冷劑循環(huán)①。
[0019]熱水循環(huán)②包括單套管式蒸發(fā)器6、膨脹水箱8、熱水循環(huán)泵9、旁通閥10、熱水循環(huán)加熱器11、熱水流量計12，其連接方式如下:膨脹水箱8出口與單套管式蒸發(fā)器6熱水出口 e并聯(lián)后與熱水循環(huán)泵9進口連接，熱水循環(huán)泵9進出口跨接旁通閥10，熱水循環(huán)泵9與旁通閥10并接后與熱水循環(huán)加熱器11進口相接，熱水循環(huán)加熱器11出口與熱水流量計12進口相接，熱水流量計12出口與單套管式蒸發(fā)器6熱水進口 f相連接，形成熱水循環(huán)②。
[0020]冷卻水循環(huán)③包括冷凝器1、冷卻水流量計13、截止閥20、截止閥21、截止閥22、截止閥23，其連接方式如下:利用外部冷源提供需要溫度的冷卻水，冷卻水經(jīng)過冷卻水流量計13后分為兩路:一路經(jīng)截止閥20接入冷凝器I管程進口 g，經(jīng)過冷凝器內(nèi)的冷凝管，從冷凝器I管程出口 h出來，管程出口 h處設(shè)置截止閥21 ;另一路經(jīng)截止閥22接入冷凝器I管程進口 i，經(jīng)過冷凝器I內(nèi)的過冷管，從冷凝器I管程出口 j出來，管程出口 j處設(shè)置截止閥23。
[0021]冷凝器I和單套管式蒸發(fā)器6之間留有I米左右的高度差，冷凝器I在上，單套管式蒸發(fā)器6在下，制冷劑預熱器5、視鏡14和截止閥18、19與單套管式蒸發(fā)器6在同一水平高度，視鏡15的高度高出視鏡14為0.1米，視鏡16比視鏡15高0.9米，在冷凝器殼體1/3高度位置安裝視鏡17，視鏡17和視鏡16位于同一水平高度。
[0022]冷凝器I的殼程出液口 a和殼程進口 d，單套管式蒸發(fā)器6熱水出口 e和熱水進口f，熱水循環(huán)泵9進出口處均設(shè)有截止閥，膨脹水箱8上分別設(shè)有溢流口、補水口和放空口。
[0023]單套管式蒸發(fā)器6為可拆卸式單套管式蒸發(fā)器，可以將其中的內(nèi)管拆下來，換上同樣尺寸的采用不同內(nèi)部強化措施加工出來的銅管，以便測量不同強化管的管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)，進行比較。制冷劑預熱器5通過自耦調(diào)壓器進行電加熱功率調(diào)節(jié)。熱水循環(huán)加熱器11則通過固態(tài)繼電器的控制電路進行出口水溫調(diào)節(jié)，實現(xiàn)熱水出水溫度恒定的要求。單向閥4的作用是防止循環(huán)反向流動，視鏡14、15、16、17的作用是便于觀察制冷劑工質(zhì)在銅管內(nèi)的流動狀態(tài)。
[0024]該裝置中冷卻水循環(huán)③和熱水循環(huán)②采用常規(guī)的循環(huán)泵實現(xiàn)液體流動，所需冷源由外部提供。制冷劑循環(huán)①摒棄了傳統(tǒng)的實驗裝置所需要的壓縮機和節(jié)流設(shè)備，利用冷凝器I和單套管式蒸發(fā)器6之間兩根連接管(一根為下降管2，一根為上升管7)內(nèi)流體的密度差形成循環(huán)動力，并可以通過調(diào)節(jié)單套管式蒸發(fā)器6的吸熱量來控制制冷劑循環(huán)流量。整個環(huán)路，主要由單套管式蒸發(fā)器6、冷凝器I以及構(gòu)成制冷劑循環(huán)的相關(guān)管路組成，運行中整個系統(tǒng)處于同一壓力下(不計管路阻力和液柱靜壓力)。裝置的核心部件是一個單套管式蒸發(fā)器6，在單套管式蒸發(fā)器6進液管路上設(shè)置一個制冷劑預熱器5進行預先加熱，使制冷劑進入單套管式蒸發(fā)器6前具有一定的干度，以此模擬壓縮式制冷系統(tǒng)制冷劑進入單套管式蒸發(fā)器6前的兩相狀態(tài)。單套管蒸發(fā)器6內(nèi)管和外管之間的環(huán)形空間內(nèi)流過溫度高于內(nèi)管內(nèi)制冷劑飽和溫度的熱水，通過間壁換熱使內(nèi)管內(nèi)的制冷劑沸騰，模擬制冷系統(tǒng)中蒸發(fā)器銅管內(nèi)的制冷劑流動沸騰過程。
[0025]冷凝器I殼體內(nèi)制冷劑充注到視鏡17的2/3所在高度。啟動實驗裝置前，把制冷劑回路管路閥門均置于開啟狀態(tài)，在視鏡16、17內(nèi)可以觀察到平齊的制冷劑液面，根據(jù)需要的制冷劑蒸發(fā)工況要求，首先對制冷循環(huán)系統(tǒng)進行預冷，利用外部冷源提供所需要溫度的冷卻水，關(guān)閉截止閥20、21，開啟截止閥22、23，利用冷凝器下層的過冷管這一回路對冷凝器1內(nèi)的制冷劑進行降溫，降溫完成后，整個制冷劑循環(huán)處于同一飽和狀態(tài)下，飽和溫度為丁1。打開截止閥20、21，關(guān)閉截止閥22、23。啟動熱水循環(huán)泵9，利用旁通閥10調(diào)節(jié)熱水流量，設(shè)定熱水循環(huán)加熱器11的加熱溫度12 011).,熱水循環(huán)加熱器11的加熱量由高精度？10調(diào)節(jié)儀接收由單套管式蒸發(fā)器6熱水進口 ？處的溫度反饋信號自動調(diào)節(jié)，使單套管式蒸發(fā)器6熱水進口？處的溫度恒定為所設(shè)定溫度12。循環(huán)熱水在單套管式蒸發(fā)器6內(nèi)與內(nèi)管中的飽和制冷劑發(fā)生換熱，制冷劑沸騰汽化成飽和蒸汽，蒸汽由于受到一端單向閥4的制約，只能沿著上升管7上升至冷凝器1，經(jīng)冷凝器1內(nèi)上層冷凝盤管冷凝成飽和液體，在重力作用下，沿下降管2經(jīng)制冷劑流量調(diào)節(jié)閥3流下，重新在單套管式蒸發(fā)器6內(nèi)被來自熱水循環(huán)②的熱水加熱汽化。整個過程穩(wěn)定后，原本視鏡16、17中觀察到平齊的制冷劑液面發(fā)生變化，上升管7中的制冷劑液位下降，冷凝器1的制冷劑液位略有上升，二者形成高度差八11，由此構(gòu)成了制冷劑在制冷劑循環(huán)①內(nèi)流動動力，蒸發(fā)器換熱量0由進出蒸發(fā)器熱水的溫度差乘以熱水流量和水的比熱來確定，制冷劑循環(huán)流量此等于單套管蒸發(fā)器6中換熱量0與對應(yīng)飽和溫度下制冷劑汽化潛熱I的比值。通過設(shè)定不同的熱水循環(huán)加熱器11出口溫度12和調(diào)節(jié)熱水循環(huán)流量，可以改變單套管式蒸發(fā)器6中的換熱量0，即實現(xiàn)可控的制冷劑循環(huán)流量此。
[0026]達到以上穩(wěn)態(tài)過程，對應(yīng)的單套管式蒸發(fā)器6制冷劑入口干度為0，這時逐步調(diào)小熱水循環(huán)加熱器11的出口溫度12，使得每次調(diào)節(jié)后單套管式蒸發(fā)器6中的換熱量0減小八0，相應(yīng)的通過調(diào)節(jié)制冷劑預熱器5控制電路中自耦調(diào)壓器的電壓，使得制冷劑預熱器5的加熱功率增加八0，這樣一方面保證整個制冷劑循環(huán)的總的換熱量0不變，即制冷劑循環(huán)流量此不變；另一方面，隨著制冷劑在單套管式蒸發(fā)器6和制冷劑預熱器5兩部分的換熱量調(diào)整，單套管式蒸發(fā)器6制冷劑入口干度逐漸增大，可以近似模擬各種不同入口干度工況，從而研究入口干度參數(shù)對單套管式蒸發(fā)器6內(nèi)制冷劑流動沸騰換熱系數(shù)的影響。注:上述推論均在該實驗裝置所有部件與環(huán)境絕熱條件下得出，因此，該裝置各部件的保溫性能優(yōu)劣對測試結(jié)果具有重要的影響，對單套管蒸發(fā)器、制冷劑預熱器及其連接管道應(yīng)做漏熱量測定，以便在計算換熱量過程中補償修正。
【權(quán)利要求】
1.一種測量制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，所述裝置由制冷劑循環(huán)、熱水循環(huán)、冷卻水循環(huán)組成， 制冷劑循環(huán)包括冷凝器(1)、下降管(2)、制冷劑流量調(diào)節(jié)閥(3)、單向閥(4)、制冷劑預熱器(5)、視鏡(14)、截止閥(18)、單套管式蒸發(fā)器(6)、截止閥(19)、視鏡(15)、上升管(7)、視鏡(16)，其連接方式為:冷凝器⑴的殼程出液口(a)經(jīng)過下降管(2)、制冷劑流量調(diào)節(jié)閥⑶與單向閥⑷進口相連，單向閥⑷出口連接制冷劑預熱器(5)進口，制冷劑預熱器(5)出口經(jīng)過視鏡(14)、截止閥(18)與單套管式蒸發(fā)器(6)制冷劑進口(b)相連，單套管式蒸發(fā)器(6)制冷劑出口(c)經(jīng)過截止閥(19)和兩個具有高度差的視鏡(15)、(16)及二者之間的上升管(7)，然后與冷凝器(1)殼程進口(d)相連，由此構(gòu)成制冷劑循環(huán)； 熱水循環(huán)包括單套管式蒸發(fā)器￠)、膨脹水箱(8)、熱水循環(huán)泵(9)、旁通閥(10)、熱水循環(huán)加熱器(11)、熱水流量計(12)，其連接方式為:膨脹水箱(8)出口與單套管式蒸發(fā)器(6)熱水出口(e)并聯(lián)后與熱水循環(huán)泵(9)進口連接，熱水循環(huán)泵(9)進出口跨接旁通閥(10)，熱水循環(huán)泵(9)與旁通閥(10)并接后與熱水循環(huán)加熱器(11)進口相接，熱水循環(huán)加熱器(11)出口與熱水流量計(12)進口相接，熱水流量計(12)出口與單套管式蒸發(fā)器(6)熱水進口(f)相連接，形成熱水循環(huán)； 冷卻水循環(huán)包括冷凝器(1)、冷卻水流量計(13)、截止閥(20)、截止閥(21)、截止閥(22)、截止閥(23)，其連接方式為:利用外部冷源提供實驗所需要溫度的冷卻水，冷卻水經(jīng)過冷卻水流量計(13)后分為兩路:一路經(jīng)截止閥(20)接入冷凝器(1)管程進口(g)，經(jīng)過冷凝器內(nèi)上層布置的冷凝管，從冷凝器(1)管程出口(h)出來，管程出口(h)處設(shè)置截止閥(21);另一路經(jīng)截止閥(22)接入冷凝器(1)管程進口(i)，經(jīng)過冷凝器(1)內(nèi)下層布置的過冷管，從冷凝器⑴管程出口(j)出來，管程出口(j)處設(shè)置截止閥(23)； 冷凝器(1)設(shè)置在單套管式蒸發(fā)器(6)的上方，制冷劑預熱器(5)、視鏡(14)和截止閥(18)、(19)與單套管式蒸發(fā)器(6)在同一水平高度，視鏡(15)的高度高出視鏡(14)，視鏡(16)的高度高出視鏡(15)，在冷凝器⑴殼體上安裝視鏡(17)，視鏡(17)和視鏡(16)位于同一水平高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，視鏡(15)的高度高出視鏡(14)0.1米，視鏡(16)的高度高出視鏡(15)0.9米，在冷凝器(1)殼體1/3高度位置上安裝視鏡(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量制冷劑管內(nèi)流動沸騰換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，所述單套管式蒸發(fā)器￠)為可拆卸式單套管式蒸發(fā)器，可以更換內(nèi)部換熱管。
【文檔編號】G01N25/20GK104297291SQ201410629263
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】杜塏, 儲云霄, 李彥軍, 李舒宏 申請人:東南大學