本發(fā)明涉及傳熱管的傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，尤其涉及一種傳熱管可換式傳熱實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

傳熱是一種非常普遍的自然現(xiàn)象，是動(dòng)力、核能、電子、交通、制冷、化工、石油、航空航天等工業(yè)中的常見過程。而換熱器在上述各工業(yè)中占據(jù)關(guān)鍵地位，換熱器不僅是保證整個(gè)工程設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的不可缺少部件，而且在金屬消耗、動(dòng)力消耗和資本投資等方面，都在整個(gè)工程中占有重要份額，以電廠為例，如果將鍋爐也作為換熱設(shè)備，則換熱器的資本投資約占電廠總投資的70％；在石油化工中，換熱器的投資在總投資的50％；此外，由于世界上煤、石油、天然氣等資源日益減小，提高換熱器能源利用率，減少能源浪費(fèi)也勢(shì)在必行，此可見，換熱器的合理設(shè)計(jì)對(duì)于節(jié)約資源、材料、能約和空間而言是十分重要的。

而開發(fā)高性能換熱器最主要方法的就是采用強(qiáng)化傳熱技術(shù)。強(qiáng)化傳熱技術(shù)就是力求換熱器在單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上傳遞的熱量更多，其主要措施就是采用各種強(qiáng)化型高效傳熱管，如螺旋槽紋管、橫紋管、波紋管、縮放管、翅片管，以及各種管內(nèi)插入物等。通過強(qiáng)化高效傳熱管替代原來的普通光管，則即可節(jié)約金屬管材、降低設(shè)備費(fèi)用，又可顯著提高熱能利用率，降低能耗。

目前開發(fā)高效強(qiáng)化管的方法有，解析法、有限元法、實(shí)驗(yàn)法。解析法需求解微分或積分方程，難以得到解析解從而使用較少；有限元法為開發(fā)高效管提供了有效手段，然而，有限元分析結(jié)果必須通過實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證后的結(jié)果才能應(yīng)用于工程；因此，實(shí)驗(yàn)研究法一直是開發(fā)高效強(qiáng)化管最為有效、最為常用、也是最為可靠的研究方法。

傳熱實(shí)驗(yàn)裝備是采用實(shí)驗(yàn)研究法開發(fā)高效傳熱管的基礎(chǔ)，國內(nèi)外公開的傳熱實(shí)驗(yàn)裝置較多，如：專利號(hào)“201510433423.7”公布了一種氣液換熱器傳熱系數(shù)測(cè)定裝置，該裝置能對(duì)不同氣相側(cè)翅片管擴(kuò)展形式進(jìn)行傳熱系數(shù)測(cè)試、壓降測(cè)試；專利號(hào)“201510114654.1”公布 了一種絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動(dòng)阻力和溫度分布測(cè)試裝置，該裝置通過在波紋管實(shí)驗(yàn)段內(nèi)設(shè)置有溫度和壓力檢測(cè)單元以及真空度測(cè)試單元，通過波紋管實(shí)驗(yàn)段內(nèi)溫度、壓力與真空度數(shù)據(jù)獲得絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動(dòng)的阻力和溫度分布；專利號(hào)“201110208846.0”公布了一種測(cè)量微管兩相對(duì)流傳熱系數(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置在不銹鋼管相對(duì)應(yīng)處設(shè)有在線紅外線檢測(cè)儀，并通過計(jì)算機(jī)采集熱電偶數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性好，遠(yuǎn)程教學(xué)的目的；專利號(hào)“201010039663.6”公布了一種換熱翅片溫度場(chǎng)可視化實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置采用紅外線攝影儀，實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)換熱翅片表面溫度場(chǎng)的可視化測(cè)試，得到全場(chǎng)溫度分布。

然而，目前雖然有多種傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，但是沒有一種傳熱實(shí)驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)：傳熱管直徑可調(diào)、長度可調(diào)、流體介質(zhì)可調(diào)，既能進(jìn)行單管實(shí)驗(yàn)、多管實(shí)驗(yàn)，又能進(jìn)行管束布局實(shí)驗(yàn)的傳熱實(shí)驗(yàn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有傳熱實(shí)驗(yàn)裝備的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種傳熱管可換式傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，具有傳熱管直徑可調(diào)、長度可調(diào)、流體介質(zhì)可調(diào)，既能進(jìn)行單管實(shí)驗(yàn)、多管實(shí)驗(yàn)，又能進(jìn)行管束布局實(shí)驗(yàn)的傳熱實(shí)驗(yàn)裝置。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種傳熱管可換式傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，包括傳熱管1、上管箱2、上法蘭端蓋3、上法蘭盤4、內(nèi)套管5、外套管6、下管箱7、下法蘭端蓋8、下法蘭盤9，其特征為：傳熱管1上端配合有上管箱2，上管箱2上端螺紋連接有上法蘭端蓋5、上法蘭端蓋5螺栓緊固上法蘭盤4，法蘭盤4焊接于內(nèi)套管5上端面；傳熱管1下端配合有下管箱7，下管箱7下端螺紋連接有下端法蘭端蓋8、下端法蘭端蓋8通過螺栓緊固于下法蘭盤9；傳熱管1與上管箱2、下管箱6之間設(shè)置有密封圈；內(nèi)套管5與外套管6之間設(shè)置有密封圈；

所述上法蘭端蓋3下側(cè)外表面設(shè)置有螺紋、螺紋外側(cè)連接有上管箱2；法蘭端蓋3上端表面邊緣均布有螺栓孔、上端表面中心焊接有冷流出口管、冷流出口管開有溫度測(cè)量孔、壓 力測(cè)量孔；

所述內(nèi)套管5上端左側(cè)設(shè)置有熱流進(jìn)口孔，下端外表面臺(tái)階、臺(tái)階下表面設(shè)置有2～3回轉(zhuǎn)溝槽，回轉(zhuǎn)溝槽設(shè)置有密封圈，密封圈外套有外套管6；

所述外套管6上端外表面設(shè)置有螺紋，螺紋連接有大圓螺母；下端左側(cè)設(shè)置有污水出口孔，下端右側(cè)設(shè)置熱流出口孔。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳熱管可換式傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述上管箱3內(nèi)部設(shè)置有圓形內(nèi)腔20，圓形內(nèi)腔20上端內(nèi)側(cè)螺紋22，螺紋22連接有上端法蘭3；圓形內(nèi)腔20下端開有1～10個(gè)圓形通孔24，圓形通孔24上端面設(shè)置有臺(tái)階21，臺(tái)階21下側(cè)開有2～3個(gè)回轉(zhuǎn)溝槽，溝槽內(nèi)設(shè)置有套管密封圈18，套管密封圈18內(nèi)配合有傳熱管1。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的效果是：通過更換不同的管箱，可滿足不同直徑、不同類型傳熱管的實(shí)驗(yàn)，且可滿足單管實(shí)驗(yàn)、多管實(shí)驗(yàn)；通過滑動(dòng)外套管，可滿足不同長度傳熱管的實(shí)驗(yàn)；通過改變熱流、冷流入口介質(zhì)，可滿足不同介質(zhì)實(shí)驗(yàn)，綜上所述，本專利可以實(shí)現(xiàn)多種工況的傳熱實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而降低傳熱裝置的投資成本，簡化實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)，為高效傳熱管的研發(fā)提供關(guān)鍵性的技術(shù)支持。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用整體結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖2是單管用實(shí)驗(yàn)管箱示意圖。

圖3是多管用實(shí)驗(yàn)管箱——正方形布管示意圖。

圖4是多管用實(shí)驗(yàn)管箱——同心圓布管示意圖。

圖5是多管用實(shí)驗(yàn)管箱——等邊三角布管示意圖。

圖6是上法蘭端蓋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.傳熱管，2.熱流入口管，3.上管箱，4.上法蘭盤，5.上法蘭端蓋，6冷流出口管，7.內(nèi)套管，8.外套管，9保溫層，10.污水出口管，11，下管箱，12.下法蘭盤，13.下法蘭端蓋，14.冷流入口管，15，熱流出口管，16，套管密封圈，17，圓螺母，18，管箱密封圈，20.圓形內(nèi)腔，21.臺(tái)階，22.螺紋，23，回轉(zhuǎn)凹槽，24，圓形通孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)敘述:

參照?qǐng)D1，一種傳熱管可換式傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，包括傳熱管1、上管箱3、上法蘭盤4、上法蘭端蓋5、內(nèi)套管7、外套管8、下管箱11、下法蘭盤12、下法蘭端蓋13。傳熱管1上端配合有上管箱3，上管箱3上端螺紋22連接有上法蘭端蓋5、上法蘭端蓋5螺栓緊固上法蘭盤4，法蘭盤焊接于內(nèi)套管7上端面；傳熱管1下端配合有下管箱11，下管箱11下端螺紋連接有下法蘭端蓋13、下法蘭端蓋13通過螺栓緊固于下法蘭盤12；傳熱管1與上管箱3、下管箱11之間設(shè)置有管箱密封圈18；內(nèi)套管7與外套管8之間設(shè)置有套管密封圈16。

參照?qǐng)D1，傳熱管1、上管箱3、上法蘭端蓋5、上法蘭盤4、下管箱11、下法蘭端蓋13、下法蘭盤12構(gòu)成了本實(shí)驗(yàn)裝置的管程，冷流從冷流入口管14流入管程，從冷流出口管6流出管程。內(nèi)套管7、外套管8構(gòu)成本實(shí)驗(yàn)裝置的殼程，熱流從熱流入口管2流入殼程，從熱流出口管15流出殼程。通過改變下法蘭端蓋14、熱流出口管15的實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)液—液傳熱實(shí)驗(yàn)，氣—液傳熱實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理：通過測(cè)量冷流的進(jìn)、出口溫度，入口介質(zhì)速度，熱流的進(jìn)出、口溫度，得到定性溫度，根據(jù)定性溫度查表可得到實(shí)驗(yàn)介質(zhì)的密度、粘度、比熱容等參數(shù)，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)管的受熱面積，進(jìn)而計(jì)算得到實(shí)驗(yàn)管的傳熱系數(shù)、傳熱膜系數(shù)等。

參照?qǐng)D1，傳熱管1可選用不同直徑、不同長度、不同類型(如螺旋槽紋管、橫紋管、波紋管、縮放管、翅片管、光管等)的傳熱管1進(jìn)行傳熱實(shí)驗(yàn)，為保證密封性能，傳熱管1上、下兩端外表面應(yīng)該保證一定的加工精度。

參照?qǐng)D1～圖5，上管箱3內(nèi)部設(shè)置有圓形內(nèi)腔20，圓形內(nèi)腔20上端內(nèi)側(cè)螺紋22，螺紋22連接有上端法蘭蓋3。圓形內(nèi)腔20下端布置有圓形通孔24，圓形通孔24的布置方式有：正方形布置、等邊三角形布置、同心圓布置，且圓形通孔24的步孔間距可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整，當(dāng)采用正方形布孔時(shí)，可進(jìn)行正方形布管傳熱實(shí)驗(yàn)，當(dāng)采用等邊三角形布孔時(shí)，可進(jìn)行等邊三角形布管傳熱實(shí)驗(yàn)，當(dāng)采用同心圓布孔時(shí)，可進(jìn)行同心圓布管傳熱實(shí)驗(yàn)。布孔的數(shù)目為1～10個(gè)，當(dāng)僅布置1個(gè)圓形通孔22時(shí)，可進(jìn)行單管傳熱實(shí)驗(yàn)，當(dāng)布置多個(gè)圓形通孔22時(shí)，可進(jìn)行多管傳熱實(shí)驗(yàn)。下管箱11與上管箱3結(jié)構(gòu)與作用類似。

參照?qǐng)D6，上法蘭端蓋5下側(cè)外表面設(shè)置有螺紋、螺紋外側(cè)連接有上管箱3；上法蘭盤3上端表面邊緣均布有12個(gè)螺栓孔、螺栓穿過螺栓孔將法蘭端蓋3緊固于內(nèi)套管7端面。法蘭端蓋3上端表面中心焊接有冷流出口管6、冷流經(jīng)過冷流出口管6流出實(shí)驗(yàn)裝置管程，且冷流出口管6上安裝有溫度測(cè)量儀器、壓力測(cè)量儀器，可測(cè)量熱流出口溫度、出口壓力。下法蘭端蓋13與上法蘭端蓋5結(jié)構(gòu)、作用類似，但下法蘭端蓋13通過螺栓緊固于外套管8下端面。

參照?qǐng)D1，內(nèi)套管7上端面焊接有上法蘭盤4，上法蘭盤4通過螺栓連接有上法蘭端蓋5。內(nèi)套管7上端左側(cè)設(shè)置有熱流進(jìn)口孔，熱流進(jìn)口孔連接有熱流入口管2，熱流由熱流入口管2流入實(shí)驗(yàn)裝置殼程，且熱流入口管2上安裝有溫度測(cè)量儀器，可測(cè)量熱流入口溫度。內(nèi)套管7下端外表面臺(tái)階，臺(tái)階用于限位外套管8的軸向滑移的最大行程。臺(tái)階下表面設(shè)置有2～3回轉(zhuǎn)溝槽，回轉(zhuǎn)溝槽設(shè)置有密封圈，密封圈主要用于防止殼程熱流從內(nèi)套管7與外套管8之間的間隙漏失。

參照?qǐng)D1，外套管8上端外表面設(shè)置有螺紋，螺紋連接有大圓螺母，大圓螺母的用于限位外套管8的軸向滑移的最大行程。外套管8下端左側(cè)設(shè)置有污水出口孔，口孔連接有污水出口管10，污水出口管10安裝有調(diào)節(jié)閥，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，需打開此閥，將套管內(nèi)的廢液排出。外套管8下端右側(cè)設(shè)置熱流出口孔，熱流出口孔連接有熱流出口管15，熱流由熱流出口管15流出實(shí)驗(yàn)裝置，且熱流出口管15上安裝有溫度測(cè)量儀器，可測(cè)量熱流出口溫度。外套管8下端面焊接有下法蘭盤12，下法蘭盤12通過螺栓連接有下法蘭端蓋13。