汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失的標(biāo)定方法及其標(biāo)定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失的標(biāo)定方法及其標(biāo)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]汽液兩相流在能源動(dòng)力、核能、制冷、石油化工及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域廣泛存在?？茖W(xué)研究及工業(yè)設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常涉及汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)，如何確定熱工實(shí)驗(yàn)中流體的有效吸熱量是獲得準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵，也是進(jìn)一步研究流動(dòng)傳熱規(guī)律及物理機(jī)理的基礎(chǔ)。因此，對(duì)熱工實(shí)驗(yàn)熱平衡分析方法的研究對(duì)于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)步驟、獲取精確實(shí)驗(yàn)結(jié)果、掌握準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)規(guī)律均具有重要意義。
[0003]單相流體流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)熱平衡分析方法較為成熟。以電加熱實(shí)驗(yàn)為例，可測量實(shí)驗(yàn)段電壓U及電流I，則電熱功率為:
Q=UI
通過測量實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口溫度Τιη、出口溫度Tciut及壓力參數(shù)可計(jì)算流體在流經(jīng)實(shí)驗(yàn)段后的焓值增量，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)測量的流量參數(shù)可確定熱功率QtS:
Qt=WCp (Tciut-Tin),其中，W為質(zhì)量流量(單位kg/s)，Cp為定壓比熱容(單位kj/kg°C )。
[0004]則熱損失率η為: rI = (Q-Qt) /Q=Q1ss/Q
其中Qlciss =Q-Qt，為熱損失量。
[0005]但汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱平衡分析較為復(fù)雜，由于汽液兩相流動(dòng)傳熱過程中熱量一部分傳遞給單相液體，還有一部分用于產(chǎn)生蒸汽，此時(shí)無法通過進(jìn)出口熱工參數(shù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)段有效熱功率，并且在飽和沸騰區(qū)域內(nèi)，出口溫度達(dá)到飽和溫度不再隨加熱功率而變化，因此，也無法進(jìn)行熱平衡分析。目前大量文獻(xiàn)中采用的兩相熱平衡分析方法如下:在兩相實(shí)驗(yàn)前，需先進(jìn)行一系列單相加熱實(shí)驗(yàn)計(jì)算熱損失率，多次改變電加熱功率，可獲得一系列rI值并計(jì)算取平均值，即認(rèn)為兩相過程中熱損失率為該平均值。這種方法顯然是近似的處理，并不完全符合物理實(shí)際，不準(zhǔn)確，特別是在小流量條件下采用這種平均方法，過低的評(píng)估了熱損失，而在高流量條件下采用這種平均方法，過高的評(píng)估了熱損失?，F(xiàn)有技術(shù)中，也缺少汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失的標(biāo)定裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失的標(biāo)定方法及其標(biāo)定裝置，該標(biāo)定方法及其標(biāo)定裝置能夠準(zhǔn)確對(duì)汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失進(jìn)行標(biāo)定。
[0007]本發(fā)明解決上述問題所采用的的技術(shù)方案是:
汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失的標(biāo)定裝置，包括連接在實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口與實(shí)驗(yàn)回路之間的預(yù)熱器、測量實(shí)驗(yàn)段的外壁的壁溫測量裝置、測量流經(jīng)實(shí)驗(yàn)段流體流量的流量計(jì)；所述實(shí)驗(yàn)段的進(jìn)口和出口均設(shè)置有測量流體溫度的溫度測量裝置和測量流體壓力的壓力測量裝置；所述流量計(jì)設(shè)置在實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口與實(shí)驗(yàn)回路之間或?qū)嶒?yàn)段出口與實(shí)驗(yàn)回路之間?，F(xiàn)有技術(shù)中，正式兩相實(shí)驗(yàn)中，由于出口溫度已為飽和溫度，一部分熱量已通過相變傳遞，無法直接通過現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)驗(yàn)段內(nèi)單相流體的計(jì)算方法直接獲得兩相過程中有效吸熱量。針對(duì)上述問題，發(fā)明人經(jīng)過長期的思考和試驗(yàn)驗(yàn)證，基于熱損失基本傳熱原理，即熱損失是實(shí)驗(yàn)段外壁面與環(huán)境之間的熱量傳遞，如果其具有相同的壁溫?zé)峁?shù)條件，其散熱量也相同。提出了首先向?qū)嶒?yàn)段通入單相流體測量并建立實(shí)驗(yàn)段壁溫與散熱量的關(guān)系式或關(guān)系圖，在正式兩相熱工實(shí)驗(yàn)中測量壁溫并根據(jù)上述關(guān)系式或關(guān)系圖確定熱損失量的方法?；谏鲜龇椒ǎ瑯?gòu)建了汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失的標(biāo)定裝置，通過通入單相流體，測量相應(yīng)的熱工參數(shù)采用單相流體的計(jì)算方法獲得壁溫與散熱量關(guān)系，在正式兩相熱工實(shí)驗(yàn)時(shí)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)段的壁溫以及上述獲得的壁溫與散熱量關(guān)系，即可確定兩相的熱損失。
[0008]汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失的標(biāo)定方法，包括單相流體標(biāo)定步驟，單相流體標(biāo)定步驟包括以下步驟:
51、根據(jù)汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)段外壁的溫度范圍，選取一系列壁溫標(biāo)定點(diǎn)；
52、向?qū)嶒?yàn)回路通單相流體進(jìn)行標(biāo)定，采用標(biāo)定裝置測量每一壁溫標(biāo)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)段的熱工參數(shù)，并根據(jù)熱工參數(shù)計(jì)算相對(duì)應(yīng)的散熱量；所述標(biāo)定裝置為上述方案中任一方案所述的汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失的標(biāo)定裝置；
53、將全部壁溫標(biāo)定點(diǎn)的散熱量進(jìn)行擬合，建立壁面溫度Tw與熱損失量Qloss的函數(shù)關(guān)系式或者建立壁面溫度Tw與熱損失量Qloss的關(guān)系圖。
[0009]進(jìn)一步，上述汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失的標(biāo)定方法，還包括兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失量確定步驟，具體包括以下步驟:
541、兩相熱工實(shí)驗(yàn)中，測量實(shí)驗(yàn)段的外壁溫度；
542、將步驟S41中測得的實(shí)驗(yàn)段的外壁溫度代入步驟S3中獲得的壁面溫度Tw與熱損失量Qloss的函數(shù)關(guān)系式計(jì)算出熱損失量，或者根據(jù)步驟S41中測得的實(shí)驗(yàn)段的外壁溫度從步驟S3中獲得的關(guān)系圖中找出對(duì)應(yīng)的熱損失量。
[0010]發(fā)明人意識(shí)到實(shí)驗(yàn)段中流體是單相至兩相轉(zhuǎn)變的連續(xù)過程，無法準(zhǔn)確獲取壁溫與環(huán)境的散熱關(guān)系，而從熱損失的產(chǎn)生機(jī)理即熱損失是實(shí)驗(yàn)段壁面與環(huán)境之間的熱量傳遞出發(fā)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)如果實(shí)驗(yàn)段具有相同的壁溫?zé)峁?shù)條件，其散熱量也相同或基本相同，因此提出了上述首先向?qū)嶒?yàn)段通入單相流體測量并建立實(shí)驗(yàn)段壁溫與散熱量的關(guān)系式或關(guān)系圖，在正式兩相熱工實(shí)驗(yàn)中測量壁溫并根據(jù)關(guān)系式或關(guān)系圖確定熱損失量的方法，為準(zhǔn)確測定流動(dòng)工質(zhì)吸熱量、獲得可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供支撐，提升了汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)的精度和可靠性。
[0011]進(jìn)一步，步驟S2中，采用預(yù)熱器對(duì)流體進(jìn)行預(yù)加熱，使流體流經(jīng)實(shí)驗(yàn)段時(shí)實(shí)驗(yàn)段的外壁壁溫達(dá)到選定的壁溫標(biāo)定點(diǎn)。
[0012]進(jìn)一步，步驟S2中，標(biāo)定裝置測量的熱工參數(shù)包括測量流經(jīng)實(shí)驗(yàn)段的流體流量W、實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口的流體溫度Tin和流體壓力P ιη、實(shí)驗(yàn)段出口的流體溫度Tqut和流體壓力P.。
[0013]進(jìn)一步，步驟S2中，所述散熱量的計(jì)算方法為:所述散熱量的計(jì)算方法為: Qt1=W1Cp (Toutl-Tim), 1=0, 1，2…η，η為壁溫標(biāo)定點(diǎn)總個(gè)數(shù)，其中Cp為定壓比熱容，QTl為第i個(gè)壁溫標(biāo)定點(diǎn)的散熱量，Tciutl為第i個(gè)壁溫標(biāo)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)段出口的流體溫度，T ιηι為第i個(gè)壁溫標(biāo)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口的流體溫度，W1為第i個(gè)壁溫標(biāo)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流經(jīng)實(shí)驗(yàn)段I的流體流量。
[0014]進(jìn)一步，步驟SI中，選取壁溫標(biāo)定點(diǎn)時(shí)，相鄰兩個(gè)壁溫標(biāo)定點(diǎn)的溫度間隔不大于5度。
[0015]綜上，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明提供了一種汽液兩相條件下實(shí)驗(yàn)工質(zhì)熱損失的標(biāo)定方法及標(biāo)定裝置，使用本發(fā)明的標(biāo)定裝置按本發(fā)明的標(biāo)定方法進(jìn)行標(biāo)定時(shí)可實(shí)現(xiàn)汽液兩相實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)驗(yàn)段熱損失量的標(biāo)定及計(jì)算，為準(zhǔn)確測定流動(dòng)工質(zhì)吸熱量、獲得可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供支撐，提升了汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)的精度和可靠性。
[0016]2、利用本發(fā)明進(jìn)行熱損失標(biāo)定實(shí)驗(yàn)時(shí)，可對(duì)不同壁面溫度條件下散熱量進(jìn)行標(biāo)定，獲得不同壁溫區(qū)段內(nèi)熱損失量，為進(jìn)一步準(zhǔn)確分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供可靠保證。
[0017]3、實(shí)驗(yàn)段采用單相流體標(biāo)定過程中只要測量出實(shí)驗(yàn)段的外壁溫度、進(jìn)出口溫度、壓力和流量等即可進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定過程簡單準(zhǔn)確；正式汽兩相熱工實(shí)驗(yàn)中，只需要測定實(shí)驗(yàn)段的外壁溫度即可根據(jù)采用單相流體標(biāo)定步驟獲得的函數(shù)式或函數(shù)圖像確定熱損失，熱損失的評(píng)估值可靠且更加簡單方便。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱:1-實(shí)驗(yàn)段；11-實(shí)驗(yàn)管段；12_保溫棉；2-預(yù)熱器；3_流量計(jì)；4_溫度測量裝置；5_壓力測量裝置；6_壁溫測量裝置；7_聯(lián)接法蘭。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0021]實(shí)施例1:
在熱工實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)段I兩端一般通過管路聯(lián)接在實(shí)驗(yàn)回路中，本發(fā)明的標(biāo)定裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)段I的熱損失量進(jìn)行標(biāo)定。
[0022]如圖1所示，汽液兩相熱工實(shí)驗(yàn)熱損失的標(biāo)定裝置，包括連接在實(shí)驗(yàn)回路中的實(shí)驗(yàn)段1、對(duì)流體進(jìn)行加熱的預(yù)熱器2、測量實(shí)驗(yàn)段I的外壁的壁溫測量裝置6、測量流經(jīng)實(shí)驗(yàn)段I流體流量的流量計(jì)3 ;所述流量計(jì)3、預(yù)熱器2、實(shí)驗(yàn)段I依次串聯(lián)在一起，且預(yù)熱器2連接實(shí)驗(yàn)段I的進(jìn)口，實(shí)驗(yàn)段I的出口和流量計(jì)3均連接到實(shí)驗(yàn)回路上，實(shí)驗(yàn)回路中的流體依次流過流量計(jì)3、預(yù)熱器2和實(shí)驗(yàn)段I后流回實(shí)驗(yàn)回路中。
[0023]所述實(shí)驗(yàn)段I的進(jìn)口和出口均設(shè)置有測量流體溫度的溫度測量裝置4和測量流體壓力的壓力測量裝置5。
[0024]所述實(shí)驗(yàn)段I包括實(shí)驗(yàn)管段11和包敷在實(shí)驗(yàn)管段11外的保溫棉12，所述保溫棉12外壁設(shè)置有多個(gè)壁溫測點(diǎn)，壁溫測量裝置6測量實(shí)驗(yàn)段I壁溫時(shí)連接壁溫測點(diǎn)。本實(shí)施例中的壁溫測量裝置6采用熱電偶，所述溫度測量裝置4采用熱電阻，所述壓力測量裝置5采用壓力傳感器。壓力測量裝置5用于測量和檢測實(shí)驗(yàn)段I的進(jìn)口和出口的壓力信號(hào)，測得的壓力值具有3個(gè)作用:一、通過壓力值可以計(jì)算出該壓力下流體的飽和溫度，單相流體標(biāo)定步驟中控制流體溫度在飽和溫度以下，避免所用的流體出現(xiàn)兩相行為，影響標(biāo)定的準(zhǔn)確性；二、用于配合實(shí)驗(yàn)段I的進(jìn)出口溫度獲得流體的定壓比熱容Cp ;三、保護(hù)試驗(yàn)裝置，