专利名称：板翅式换热器气液两相流分布特性测试方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种板翅式换热器气液两相流分布特性测试方法以及实现该方法的相应测量装置，属于板翅式换热器气液两相混合和分配技术领域。
背景技术：
板翅式换热器是一类由板束、封头、接管以及支座等附件组成，并以翅片作为其传热元件的高效换热器。其中，板束由两种或两种以上的层通道単元间隔叠加組成，每层通道由翅片、隔板以及封条等构成。该类换热器具有传热效率高、结构紧凑以及适应性好等特点，广泛应用于石化、空分、制冷以及航空航天等领域。板翅式换热器内介质分配不均是引起其传热性能下降的主要原因，尤其针对介质为气液两相时，由于气液两相密度不同，流动惯性存在一定差异，导致换热器各通道内气液两相存在较严重的分配不均，致使换热器换热效率大幅降低。为此，有必要对板翅式换热器内气液两相的流动特性进行研究，通过エ况或结构改迸，改善其内两相流的分布状況，并最终提高换热器的换热性能。目前，针对板翅式换热器内两相流的分布特性，除了理论和数值研究外，许多学者也进行了实验研究。由于板翅式换热器内通道众多且狭�。愿魍ǖ婪直鸾胁饬坎幌质担� 为此，常用做法是将板翅式换热器出口均勻划分成若干区域，每ー区域引出ー个流道，通过对各流道内气液两相的測量，从而获得换热器内气液两相的宏观分布特性。測量吋，通过阀门切換，以一定周期依次将各被测流道単独引入支管管路进行气液分离和测量，其他流道则引入汇总管路，并最终引入相应的储水罐或储水槽内。实验过程中，由于汇总管路和支管管路压降不同，为此，需在支管管路和汇总管路上安装节流阀，并在支管管路与汇总管路间安装压差传感器，通过调节节流阀以保证支管管路与汇总管路间压差近似，从而减少因压降不同而引起的管内流体流态变化。由于实际测量过程中，各出ロ在汇总管路的混合作用以及阀门间的切換影响，将引起汇总管路和支管管路内压カ产生一定波动，需人为不断调整节流阀。因此，此类测量方法存在一定误差，测量稳定性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的不足，提供一种新的板翅式换热器气液两相流分布特性测试方法以及实现该方法的相应测量装置。为解决技术问题，本发明采取以下技术方案提供一种板翅式换热器气液两相流分布特性测试方法，是使气液两相流进入板翅式换热器，并将板翅式换热器出口均勻划分成若干区域，每ー区域引出ー个流道，对各流道内气液两相进行测量；在每个引出的流道上均设置气液分离器和流量測量装置，同时对各流道内气液两相进行分离和测量。本发明中，还包括在板翅式换热器的入ロ处和各引出的流道上设置压力传感器与温度传感器，由数据采集系统将测试过程中各压カ传感器、温度传感器以及流量測量装置的測量信号传送至エ控机，并由エ控机进行数据处理和图形显示。进ー步地，本发明还提供了ー种用于实现前述方法的装置，包括分別布置于板翅式换热器出ロ均勻划分区域内的各引出的流道，在每个引出的流道上均设置有气液分离器和流量測量装置。作为ー种改进，所述各引出的流道布置于同一水平面上。作为ー种改进，所述的气液分离器的入口管以切线方向安装于分离器侧面，出水管安装于底部，呈U形。作为ー种改进，所述流量測量装置包括气体涡轮流量计和量筒。作为ー种改进，所述板翅式换热器的入口处和各引出的流道均设有压力传感器与温度传感器，流量測量装置以及各压カ传感器、温度传感器均通过信号线经数据采集系统连接至エ控机。作为ー种改进，所述板翅式换热器的入ロ管路上接有气液混合器，液体供应管路和气体供应管路均接至气液混合器。作为ー种改进，所述的气液混合器分为一路液体进ロ段、三路气体进ロ段以及四路气液出口段；其中，液体进ロ段开设均布小孔，气液出口末端安装雾化喷头。作为ー种改进，所述液体供应管路上的设备包括依次连接的储水槽、离心清水泵、 液体过滤器和液体转子流量计，液体转子流量计接至气液混合器；所述气体供应管路上的设备包括依次连接的螺杆式空压机、缓冲罐、ー级空气过滤器、ニ级空气过滤器、减压阀和气体转子流量计，气体转子流量计接至气液混合器。本发明的有益效果在干由于本发明采用基于多元并测结构的气液两相分离和测量系统，对板翅式换热器各出口的气液两相流同时进行分离和测量，避免了因压降不等而引起的管内流体流态变化，同时由于无需安装结构复杂的切換系统，消除了因阀门切換而导致的管内流体波动，因此，具有检测精度高、结构简单、操作方便以及实时性高等优点。
图1是本发明所述的测量装置的结构示意图。图2是基于多元并测结构的气液两相分离和测量系统俯视图。图3是基于现有技术的气液两相分离和测量系统示意图。附图标号说明1储水槽；2液体过滤器；3、6、9调节阀；4离心清水泵；5三通阀；7 液体转子流量计；8气体转子流量计；10减压阀；11 ニ级空气过滤器；12 —级空气过滤器； 13缓冲罐；14螺杆式空压机；15气液混合器；16直通视镜；17、20压カ传感器；18、21温度传感器；19板翅式换热器；22气液分离器；23气体涡轮流量计ク4量筒；25数据采集系统； 26エ控机；27、31节流阀ク8測量支管ク9差压传感器；30测量总管。
具体实施例方式本发明所述的板翅式换热器气液两相流分布特性测试方法中，气体和液体通过气液混合器混合，形成的气液两相流进入板翅式换热器，并在其内形成一定的气液分布，采用气液分离器和流量測量装置对换热器出ロ的两相流进行分离和测量，从而获得板翅式换热器内两相流的分布特性。采用基于多元并测结构的气液两相分离和测量系统对板翅式换热器各出口的气液两相流进行分离和测量。基于多元并测结构的气液两相分离和测量系统指的是板翅式换热器各出ロ均连接气液分离器和流量測量装置，同时对换热器各出ロ的气液两相流进行分离和测量。下面结合附图1、2、3对本次发明做详细描述。本发明测试方法包含以下操作步骤1、气路传输螺杆式空压机14工作，将一定流量Vl的空气打入缓冲罐13，待缓冲罐13达到指定压カPl后，螺杆式空压机14自动停止，此时，打开调节阀9，空气随即从缓冲罐13流出， 依次经过ー级空气过滤器12、ニ级空气过滤器11、减压阀10以及气体转子流量计8。其中， 一级空气过滤器12和ニ级空气过滤器11用于过滤空气中的杂质，减压阀10用于稳定气路中的压カP2，气体转子流量计8用于测量空气的流量。待缓冲罐13内的压カ减至指定压カ P3(P2<P3<P1)后，螺杆式空压机14自动开启补气，补气量应大于管道中的气体流量，待缓冲罐13达到指定压カPl后，螺杆式空压机14自动停止。2、水路传输打开旁路调节阀3和主调节阀6，并启动离心清水泵4，将储水槽1中的水泵入水路管道，依次经过液体过滤器2、清水泵4、三通阀5、调节阀3，6以及液体转子流量计7。其中，液体过滤器2用于过滤水中的杂质，调节阀3，6用于调节水量，液体转子流量计7用于測量管路中的水量。3、气液混合经管路传输过来的空气和水在气液混合器15中混合，并形成一定气液比和气液分布的雾化两相流，该两相流经直通视镜16后进入板翅式换热器19内。直通视镜16用于肉眼观测形成的气液两相流态。4、气液分离经气液混合器15混合后的气液两相流流入板翅式换热器19后，在其内进行气液分布，分布后的气液两相流从板翅式换热器19的8路出ロ流出，分别进入各自对应的气液分离器22和流量计进行气液分离和测量，其中，分离的气相从分离器上部流出，并通过气体涡轮流量计23进行测量，分离的液相则依靠重力和离心分离流入分离器底部并积累，当气液分离器内累计的液相液面升至一定高度后，水从U型管溢出，溢出的水量通过量筒M 和秒表进行测量。5、数据测量实验进行过程中，通过数据采集系统实时获得板板翅式换热器19的进出ロ温度和压カ值以及气液分离器22分离的气相流量等參数信息。其中板翅式换热器19进出ロ温度和压カ通过温度传感器18，21和压カ传感器17，20获得，板翅式换热器19各路出ロ分离后的气相流量则由对应的气体涡轮流量计23同时测量获得。所有信息经数据采集系统25 采集至エ控机沈进行数据处理和图形显示，最终获得板翅式换热器内气液两相流的分布特性。实施例一开启螺杆式空压机14，将流量为54m3/h的空气打入缓冲罐13，待缓冲罐内压カ达至0. SMPa时，螺杆式空压机14自动停止，开启调节阀9，空气进入气路管路，通过调节减压阀10将气路压力稳定在0. 3MPa，调整调节阀9开度，并查看气体转子流量计8流量值，将气路中空气流量控制在30m3/h，待缓冲罐13内压力减至0. 4MPa后，设定螺杆式空压机14 自动开启补气。打开水路中旁路调节阀3和主调节阀6，启动离心清水泵4，调整旁路调节阀3和主调节阀6，并查看液体转子流量计7上的流量值，将水路流量控制在80L/h。经管路传输过来的空气和水在气液混合器15中混合，形成一定气液体积比(325 1)和气液分布的雾化两相流进入板翅式换热器19进行分布，分布后的两相流从板翅式换热器19中8 路出口流出，并进入基于多元并测结构的气液两相分离和测量系统进行分离和测量，如图2 所示，经数据采集和整理分析，换热器出口截面中心区域气相和液相流量较大，两侧分布则较少，换热器出口处气相整体不均勻度大约为8. 32% 12. 25%，液相整体不均勻度大约为 17. 31% 20%。实施例二开启螺杆式空压机14，将流量为54m3/h的空气打入缓冲罐13，待缓冲罐内压力达至0. SMPa时，螺杆式空压机14自动停止，开启调节阀9，空气进入气路管路，通过调节减压阀10将气路压力稳定在0. 5MPa，调整调节阀9开度，并查看气体转子流量计8流量值，将气路中空气流量控制在50m3/h，待缓冲罐13内压力减至0. 6MPa 后，设定螺杆式空压机14自动开启补气。打开水路中旁路调节阀3和主调节阀6，启动离心清水泵4，调整旁路调节阀3和主调节阀6，并查看液体转子流量计7上的流量值，将水路流量控制在80L/h。经管路传输过来的空气和水在气液混合器15中混合，形成一定气液体积比(625 1)和气液分布的雾化两相流进入板翅式换热器19进行分布，分布后的两相流从板翅式换热器19中8路出口流出，并进入基于多元并测结构的气液两相分离和测量系统进行分离和测量，如图2所示，经数据采集和整理分析，换热器出口截面中心区域气相和液相流量较大，两侧分布较少，换热器出口处气相整体不均勻度大约为5. 37% 7. 12%，液相整体不均勻度大约为25. 31% 28. 25%。由以上两个实施例可知，气液两相流经板翅式换热19分配后，换热器出口截面中心区域气相和液相流量较大，两侧分布较少，且气液两相流中，随着气相比例增加，板翅式换热器19出口处气相分布趋于均勻，液相分布则趋于不均勻。对比实施例按上述实施例一给出的操作步骤，控制空气流量为30m3/h，水流量为80L/h，经气液混合器15混合后，形成一定气液体积比(625 1)和气液分布的雾化两相流进入板翅式换热器19进行分布，同时采用基于支管分流结构的气液两相分离和测量系统，对换热器各路出口气液流量进行分离测量。如图3所示，将待测出口支管①引入测量支管观，其余出口支管引入测量总管30，调整节流阀27，31开度，当差压传感器四显示值为0时，记录气体涡轮流量计21对应的流量值，并采用量筒M和秒表对水流量进行测量。测量过程中，由于测量总管内多路流体的混合作用，差压传感器四上显示值产生周期性波动，需人为不断调整节流阀27、31的开度，经多次调整并从流量计获得的数据可知，出口支管①所测的气体流量波动范围为士 15%左右，采用上述方法分别对出口支管②、③、④、⑤、⑥、⑦以及⑧进行测量，对实验获得的数据分析可知，气体流量波动范围为士 10% 20%之间。针对液相流量，由于采用量筒M和秒表进行测量，因流体波动导致的流量测量误差无法估量。
因此，由对比实施例可知，与基于多元并测结构的气液两相分离和测量系统相比， 采用基于支管分流结构的气液两相分离和测量系统测量的气液流量误差较高，且稳定性得不到保证。
权利要求
1.一种板翅式换热器气液两相流分布特性测试方法，是使气液两相流进入板翅式换热器，并将板翅式换热器出口均勻划分成若干区域，每ー区域引出ー个流道，对各流道内气液两相进行測量；其特征在干，在每个引出的流道上均设置气液分离器和流量測量装置，同时对各流道内气液两相进行分离和测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在板翅式换热器的入口处和各引出的流道上设置压力传感器与温度传感器，由数据采集系统将测试过程中各压カ传感器、 温度传感器以及流量測量装置的測量信号传送至エ控机，并由エ控机进行数据处理和图形MzjN O
3.一种用于实现权利要求1所述方法的装置，包括分別布置于板翅式换热器出ロ均勻划分区域内的各引出的流道，其特征在干，在每个引出的流道上均设置有气液分离器和流量測量装置。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在干，所述各引出的流道布置于同一水平面上。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在干，所述的气液分离器的入口管以切线方向安装于分离器侧面，出水管安装于底部，呈U形。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在干，所述流量測量装置包括气体涡轮流量计和量筒。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在干，所述板翅式换热器的入ロ处和各引出的流道均设有压力传感器与温度传感器，流量測量装置以及各压カ传感器、温度传感器均通过信号线经数据采集系统连接至エ控机。
8.根据权利要求3所述的装置，其特征在干，所述板翅式换热器的入口管路上接有气液混合器，液体供应管路和气体供应管路均接至气液混合器。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在干，所述的气液混合器分为一路液体进ロ段、 三路气体进ロ段以及四路气液出口段；其中，液体进ロ段开设均布小孔，气液出口末端安装雾化喷头。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在干，所述液体供应管路上的设备包括依次连接的储水槽、离心清水泵、液体过滤器和液体转子流量计，液体转子流量计接至气液混合器；所述气体供应管路上的设备包括依次连接的螺杆式空压机、缓冲罐、ー级空气过滤器、 ニ级空气过滤器、减压阀和气体转子流量计，气体转子流量计接至气液混合器。
全文摘要
本发明涉及板翅式换热器技术，旨在提供一种板翅式换热器气液两相流分布特性测试方法和装置。该方法是使气液两相流进入板翅式换热器，并将板翅式换热器出口均匀划分成若干区域，每一区域引出一个流道，对各流道内气液两相进行测量；在每个引出的流道上均设置气液分离器和流量测量装置，同时对各流道内气液两相进行分离和测量。本发明采用基于多元并测结构的气液两相分离和测量系统，对板翅式换热器各出口的气液两相流同时进行分离和测量，避免了因压降不等而引起的管内流体流态变化，同时由于无需安装结构复杂的切换系统，消除了因阀门切换而导致的管内流体波动，因此，具有检测精度高、结构简单、操作方便以及实时性高等优点。
文档编号G01N11/02GK102539284SQ20111043634
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者唐萍, 张淑文, 杨健, 王伟平, 詹学华, 邵勇, 郑津洋, 郑钦元, 陈仁贤 申请人:杭州杭氧股份有限公司, 浙江大学, 浙江诚信医化设备有限公司
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