管内沸腾实验中小管径换热管壁温测量装置

技术领域

本发明涉及换热测试技术领域，尤其涉及一种管内沸腾实验中小管径换热管壁温测量装置。

背景技术

在高效换热管内换热特性的研究中，对换热系数的分析是其不可或缺的部分。实验操作中，主要采用两种方式对管内换热系数进行计算：热阻分离法和壁温测量法。

对于热阻分离法，由于环形通道与圆形管结构上的差异，单相换热关联式并不能对环形通道内换热特性实现高精度预测，且管内换热系数计算公式中涉及变量较多，两者均可加大管内换热系数的计算误差，因此不仅要对各测量元件提出较高的精度要求，还需对环形通道内工质的换热特性进行重新标定。此外，环形通道内工质换热特性受通道内外径尺寸等结构参数影响较大，且需对不同尺寸换热管进行分别标定，可预示后续实验中繁琐的工作量。

对于壁温测量法，通常在换热管表面设计凹槽，使热电偶探头深埋凹槽内，进而对换热管壁温进行测量。此方法在使用中同样存在较多局限性：1)对于壁厚较薄的换热管，无法提供足够深度的凹槽，致使部分热电偶探头暴露在换热管壁面外，然而与电加热器、流动工质以热辐射、热对流的形式进行换热，引起较大的壁温测量误差；2)热电偶数据信号线在换热区分布较长时，热源同样会对数据信号线产生加热效果，即在温差传输过程中影响探头测量精度；3)工程上通常把管径＜5mm的换热管称为小管径管，而小管径管较小的结构尺寸根本无法为热电偶提供充足的测量壁面，进而无法实现壁温的有效测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单且精度较高的管内沸腾实验中小管径换热管壁温测量装置。

本发明所采用的技术方案是：一种管内沸腾实验中小管径换热管壁温测量装置，包括换热管、设置在换热管外的电加热层以及设置在电加热层外部的保温层，所述电加热层与换热管之间还设有导热层，且所述换热管外部还设有矩形接触面，矩形接触面一侧与换热管外壁紧贴，矩形接触面另一面设置贴片式温度传感器。

作为优选，所述换热管外设有卡套，且所述卡套与换热管外壁接触部分为面接触。

作为优选，所述卡套为矩形卡套，且所述矩形卡套通过焊锡固定在换热管外壁上。

作为优选，所述贴片式温度传感器为贴片式铂电阻。

作为优选，所述导热层包括导热油箱以及存储在导热油箱内的导热油。

作为优选，所述电加热层与导热油箱之间缝隙中充注导热硅脂。

作为优选，所述贴片式温度传感器与导热层之间还设有用于阻止贴片式温度传感器与导热层之间换热的隔热层。

作为优选，所述隔热层使用气凝胶制成。

作为优选，它还包括数据信号线，贴片式温度传感器均与数据信号线连接，数据信号线沿着换热管外壁布置，且最终沿着导热油箱内壁由进油孔伸出。

采用以上结构与现有技术相比，本发明具有以下优点：首先本申请结构设计合理、组件加工方便，并且与传统结构相比，本申请壁温测量不再受管径、壁厚等换热管结构参数的影响，且可保证测量元件仅与换热管以热传导的形式进行换热，排除了其它热源对温度感应探头的加热效果，进而大大提高了换热管壁温的测量精度。

附图说明

图1为本发明管内沸腾实验中小管径换热管壁温测量装置的主视图。

图2为图1中A-A的剖视图。

如图所示：1、换热管；2、电加热层；3、保温层；4、导热油箱；5、卡套；6、贴片式温度传感器；7、数据信号线；8、进油孔。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。

一种管内沸腾实验中小管径换热管1壁温测量装置，主要应用于管径较小、壁厚较薄的换热管1壁温测量；

壁温测量组件中，所涉及元件由内向外分别为换热管1、卡套5、贴片式温度传感器6、导热层、电加热层2以及保温层3，其中，

卡套5为矩形卡套5，并且通过锡焊固定在换热管1外壁上，而且与换热管1外壁有四个接触面；根据换热管1管径确定矩形卡套5边长，进而把矩形卡套5固定在换热管1上；

贴片式温度传感器6为贴片式铂电阻，贴附在矩形卡套5上，并且通过数据信号线7连接到外部，将检测到的温度信号传输出去，数据信号线7是沿着换热管1外壁布置，最终沿着导热油箱4内壁由进油孔8伸出，以削弱不同温区导热油对数据信号线7的加热效果，以影响温差测量精度；在贴片式铂电阻安装中，首先使用导热胶把贴片式铂电阻固定在矩形卡套5外壁面，待导热胶凝固后，在贴片式铂电阻外表面涂抹气凝胶，以隔绝其与导热油之间的换热；

导热层包括导热油箱4以及存储在导热油箱4内部的导热油；导热油箱4主要用于存储导热油，主要由两个半圆形筒体板、两个端板组成，半圆形筒体板之间、筒体板与端板之间均通过焊接进行拼装，并且在端板中心设有用于安装换热管1的管孔，且保证导热油箱4与换热管1呈同心布置；

电加热层2主要选用环形电加热器；

保温层3主要包裹在环形电加热器外表面，用于降低电加热器向外界环境的散热，并使用导热硅脂充注环形电加热器与导热油箱4之间的缝隙，以排除缝隙中空气、强化换热效果。

实验中，由环形电加热器产生的热量经导热油传至换热管1外表面，以热对流的形式对换热管1外壁进行等热流密度均匀加热，然后热量在换热管1内外壁之间以热传导的形式进行传递，最后以热对流的形式对管内工质进行加热处理。壁温测量中，由于换热管1管壁较薄、内外壁面之间温差小于0.1℃，因此两者间换热温差可忽略不计，即可把换热管1外壁面温度视为内壁面温度。在对矩形卡套5进行设计时，选用2mm厚铜板，优良的传热特性、较小的换热长度可使矩形卡套5外壁面温度与换热管1外壁面温度视为相等。综合以上两点，贴片式铂电阻所测矩形卡套5外壁面温度即可视为换热管1内壁温。此外，为提高测量精度，不仅使用锡焊对换热管1和矩形卡套5进行焊接，以消除气泡间隙对换热热阻的增强，还使用气凝胶隔绝贴片式铂电阻探头与导热油之间的换热，其中气凝胶的导热系数仅为0.057W/(m·K)。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。