采用测温网提高换热器测试装置液气系统的检测精度

王乃晶 王 秋

（国家热交换产品质量监督检验中心) (四平市维克斯换热设备有限公司)

0 前言

随着现代化工业的迅速发展，世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源，保护环境，而且能大大节约投资成本。这也为换热器行业提供了更加广阔的发展空间。换热器的研究、开发、生产一直备受很多人的关注。精度更高、性能更稳定的检测系统对于进一步开展换热器产品的试验研究、效能评定等有着相当重要的作用。在换热器产品热工性能和流体阻力特性测试装置液气系统中采用测温网等技术，可以提高检测精度、增强系统的稳定性，扩大检测范围。

1 常用的液气测定系统原理及存在的问题

图1 液—气测定系统

根据JB/T 10379—2002换热器热工性能和流体阻力特性通用测定方法，风洞系统和液体系统两部分共同组成液—气测定系统。所谓传热风洞是指，在一个按一定要求设计的管道系统内，采用动力装置驱动可控制气流，为换热器热工性能和流体阻力特性测定提供试验手段的设备。由这样的传热风洞和液体系统 (油、水等)共同组成液—气测定系统，如图1所示。其工作原理为:气体在动力装置驱动下，由风洞系统入口吸入风道，先经过被测试件换热，然后再经过排风组件排出。气体侧在被测试件中的换热量，可通过图1中的测温点TL1和TL2所采集到的数据以及流量计V1所采集到的数据进行计算而得到。在液体系统的储液装置中，液体经过加热后达到所需要的温度。让液体在被测试件的液体循环一侧循环进行热交换，之后液体再回到储液装置中。液体侧被测试件中的换热量可通过图1中的测温点TL3和TL4所采集到的数据以及流量计V2所采集到的数据进行计算而得到。两侧的流体阻力特性分别由压差计△P1和△P2测得。通过对不同工况点进行数据采集处理，再经过计算即可得到被测热交换试件的热工性能和流体阻力。为保证风洞系统试验数据的质量，在试验过程中应注意数据质量的主要影响环节，包括风洞系统流场质量、试验设计和测控技术的水平、数据采集和处理方法的完善程度以及各种干扰修正的可靠性等各个因素。

这个测试系统存在着以下的问题:

（1）它只能直接以环境的空气作为试验介质，对于进入风洞中的空气不能进行温度调节，因此只能就环境温度下的空气与热液体之间的换热特性进行检测。

（2） 该系统主要是以风洞的截面形状进行流场的调整，空气在风洞截面的流场均匀性、稳定性较差。

（3） 风洞不同截面之间过渡方式多为直线型过渡，增加了空气流场的不稳定性和流体的阻力。

（4） 测试元件简单，测试点单一，降低了测量精度。

2 改进的系统及其特点分析

针对上述存在的问题，我们自风洞入口依次将电加热段、气旋挡板、整流格栅、阻尼网、维氏曲面段、方圆过渡段、圆稳流段和风机串联设置，构成改进的风洞系统，如图2所示。利用该试验系统采集的一组数据如表1所示。

图2 风洞系统

表1 换热器测试装置液气系统的试验数据

吸风口采用圆弧型线过渡，不引起气流分离。

加入电加热段，在矩形通道内平均分布电加热管，电加热管的外表设置散热翅片为空气加热，形成复杂的、充分发展的对流换热。加热段中的总阻力与风速的关系接近指数变化规律。通过加热调节，可以得到不同温度的气体介质。以气旋挡板、整流格栅和阻尼网组合的方式调节风道截面内空气流动。在气旋挡板的作用下，形成旋流组合，使温度在风道截面内均匀一致，有效地解决了空气经过加热段后产生的温度分层现象。整流格栅起着导向与分割气流大漩涡的作用，有利于加快漩涡衰减，格子壁面对气流的摩擦作用有利于改善气流分布，在一定程度上降低气流的湍流度。因此加装整流格栅，不仅可以将挡板形成的漩涡分解，还可以使气流沿风道轴向流动。加装阻尼网，进一步处理整流格栅后的漩涡，以减小气流的湍流度。由于阻尼网对气流的阻力随着流速的增大而增大，可以有效地解决空气在风道轴心与风道壁面速度不等的问题，使风道截面内的速度场达到稳定状态。风道由大截面到小截面以维氏曲线形过渡，由方截面向圆截面采用 “天圆地方”型面过渡，这样就有效地减少了空气在过渡曲面处的边界分层和在过渡拐角处的二次流动，大大降低了空气在风道内的压力损失和流场的不均匀性。用测温网对风道内空气温度进行测量，比测量风道内几点温度作为空气温度更加准确。在风洞外表面加保温层，可避免因风洞壁面散热而引起的检测误差。

表1列举了利用该试验系统采集的一组数据。这些数据是对一台空气加热器的一个工况进行采集的一组数据。根据测定方法和要求，将介质和温度调整到规定的工况，测试过程的热平衡误差均小于3%。

3 结语

理论分析和实际试验表明，通过采用测温网等方式使热交换器热工性能和流体阻力特性液—气测定系统运行的稳定性更好，增大了检测能力，提高了测量的精度。