一种强化传热元件的性能测试装置、测试方法及应用

技术领域

本发明属于强化传热元件性能测试技术领域，特别涉及一种强化传热元件的性能测试装置、测试方法及应用。

背景技术

百叶窗翅片-扁管式热交换器是传统或新能源汽车冷却模块中不可或缺的部件，其强化传热元件热工水力性能的优劣对于汽车燃油经济性、续航里程以及污染物排放等存在直接影响。

现有强化传热元件热工水力性能研究及测量方案有如下两种：

①数值模拟方案

采用数值模拟法研究并测量热交换器强化传热元件的热工水力性能是一种广泛采用的方案，该方案具有可视化等优势，通过后处理软件可查看相关热场和流场的细节。

②等比例(1:1)试验方案

加工所设计热交换器强化传热元件等比例(1:1)实物模型，随之通过热交换器热工水力性能专用风洞测量其相应物理量，该方案具有更贴合实际使用环境及条件的优势。

现有技术方案的缺点：

①数值模拟方案的缺点

紧凑式热交换器结构复杂，其尺寸跨度极大，尺寸比可达数千倍以上，如热交换器整体高度或宽度同其强化传热元件厚度之比。受此约束，在采用数值模拟技术方案对热交换器整体进行研究的过程中，为离散计算域和控制方程，对计算机硬件中的CPU、显卡和内存等硬件要求极高且需要花费大量时间，而数值模拟过程中工质物性参数和边界条件的设置、湍流模型和求解精度的选择同样对结果的可靠性存在影响。

为降低计算机硬件要求及减小时间消耗，结合热交换器几何结构上的周期性，当前数值模拟过程中通常选取热交换器的最小周期几何结构作为研究和测量对象，在施加周期性、对称性边界及相关热、流边界条件后，最终将以局部模拟结果代替热交换器整体结果，但该方法使用不当可能进一步恶化结果的可靠性。

②等比例(1:1)试验技术方案及其缺点

现存紧凑式热交换器热工水力性能测量装置多位于相关生产企业中，用于等比例(1:1)热交换器，其造价极高，动辄数百万元起步，且单个试验工况点所需费用不菲。如以某重型商用车空-空中冷器为例，试验于我国东北某头部换热器企业自有测量装置中展开，当试验过程中环境温度为25℃、大气压力为0.98MPa、空气流速为3m/s，热侧进口压力为1.65MPa、温度为160℃、质量流量为0.48kg/s时，在该热交换器冷、热侧达到平衡状态以后需花费超过2000元，且耗时达30分钟。于此同时，为保证装置的气密性和绝热性，其壁面均为非透明材料，从而无法通过可视化手段研究其内部流动和传热机理，仅可测量温度、压力、速度等相关物理量。

发明内容

本发明的一个目的是克服现有技术的缺陷，提供了一种强化传热元件的性能测试装置，其能够利用强化传热元件等比例放大模型对强化传热元件实体的热工水力性能进行测试，降低强化传热元件的性能测试难度，并且提高测试结果的准确性。

本发明还有一个目的是提供一种强化传热元件的性能测试方法，其测试结果等效于强化传热元件实体的热工水力性能测试结果。

本发明还有一个目的是提供一种强化传热元件的性能测试装置的应用，其能够应用于百叶窗翅片-涡产生器复合传热元件的热工水力性能测试。

本发明提供的技术方案为：

一种强化传热元件的性能测试装置，包括：

支撑系统；

风洞洞体系统，其设置在所述支撑系统的顶部；所述风洞洞体系统包括依次连通的入口段、试验段及出口段；所述入口段、试验段和所述出口段均为中空的筒体结构；

强化传热元件等比例放大模型，其设置在所述试验段中；

其中，所述强化传热元件等比例放大模型的上部和下部分别设置有电加热膜；

变频风机，其进气端通过管道与所述出口段的出口端连通；

雾状水喷嘴和烟雾喷嘴，其选择性的安装在所述入口段；

其中，所述雾状水喷嘴用于向所述入口段释放雾状水，所述烟雾喷嘴用于向所述入口段喷入烟雾；

两个激光发生器，其安装在所述入口段的内壁上，并且相对设置在所述雾状水喷嘴的两侧；

数据采集系统，其用于采集入口段空气速度、入口段温度、入口段静压、雾状水温度和流量、出口段温度、出口段静压及电加热膜温度；

上位机，其与所述数据采集系统、所述电加热膜、所述变频风机及所述雾状水喷嘴电联；用于控制所述电加热膜的温度、所述变频风机转速及所述雾状水的温度和流量。

优选的是，所述的强化传热元件的性能测试装置，其特征在于，还包括：

第一整流格栅，其设置在所述入口段中；

第二整流格栅，其设置在所述出口段中。

优选的是，所述的强化传热元件的性能测试装置，还包括：

第一滑轨机构，其设置在所述支撑系统的顶部，所述入口段连接在所述第一滑轨机构上；

第二滑轨机构，其设置在所述支撑系统的顶部，所述试验段连接在所述第二滑轨机构上；

第三滑轨机构，其设置在所述支撑系统的顶部，所述出口段连接在所述第三滑轨机构上；

其中，所述第一滑轨机构、所述第二滑轨机构和所述第三滑轨机构均平行于所述风洞洞体的横截面设置。

优选的是，所述入口段、试验段及出口段均为中空的长方体筒体，并且所述入口段、试验段及出口段的横截面尺寸相同。

优选的是，所述入口段、试验段和出口段的顶板和底板均采用合成石材质，所述入口段、试验段和出口段的两个侧板均采用透明石英玻璃材质。

优选的是，所述强化传热元件等比例放大模型的放大比例为10:1。

优选的是，所述支撑系统包括：

多个立柱，其竖直设置；

安装平面，其水平设置，并且固定连接在所述多个立柱的顶部；所述安装平面为框架结构；

其中，所述第一滑轨机构、所述第二滑轨机构和所述第三滑轨机构安装在所述安装平面上。

优选的是，所述数据采集系统包括：

多个风速传感器，其设置在所述入口段，用于采集所述入口段的空气速度；

多个第一温度传感器，其设置在所述入口段，用于采集所述入口段的空气温度；

多个第一压力传感器，其设置在所述入口段，用于采集所述入口段的静压；

雾状水温度和流量传感器，其用于采集雾状水喷嘴喷出的雾状水温度和质量流量；

多个第二温度传感器，其设置在所述出口段，用于采集所述出口段的空气温度；

多个第二静压传感器，器设置在所述出口段，用于采集所述出口段的静压。

一种强化传热元件的性能测试方法，使用所述的强化传热元件的性能测试装置，包括：

进行单相流冷却试验：

在入口段安装烟雾喷嘴；

开启数据采集系统，数据采集系统采集入口段空气速度、入口段温度、入口段静压、出口段温度、出口段静压及电加热膜温度并上传至上位机；

开启激光发生器及烟雾喷嘴；

启动变频风机，并控制变频风机将风速调整至试验风速；

启动电加热膜，并控制电加热膜将温度调整至试验温度；

通过相机采集空气流动图像，并上传至上位机；

进行多相流冷却试验：

在入口段安装雾状水喷嘴；

开启数据采集系统，数据采集系统采集入口段空气速度、入口段温度、入口段静压、雾状水温度和流量、出口段温度、出口段静压及电加热膜温度并上传至上位机；

开启激光发生器及雾状水喷嘴；

启动变频风机，并控制变频风机将风速调整至试验风速；

开启雾状水喷嘴，并控制雾状水喷嘴将雾状水温度和流量调整至满足试验要求；

启动电加热膜，并控制电加热膜将温度调整至试验温度；

通过相机采集空气流动图像，并上传至上位机；

其中，在进行单相流冷却试验和多相流冷却试验的过程中，入口段、试验段和出口段的端口对齐，并且将相邻端口连接处密封；

根据数据系统采集的数据得到强化传热元件等比例放大模型的压降和对流换热系数，并以强化传热元件等比例放大模型的压降和对流换热系数作为强化传热元件实体的压降和对流换热系数；

其中，所述试验温度与强化传热元件实体性能测试温度相同；所述试验风速设定为强化传热元件实体性能测试风速的等效风速，所述等效风速通过相似原理确定。

一种强化传热元件的性能测试装置的应用，其特征在于，将所述的强化传热元件的性能测试装置应用于强化传热元件为百叶窗翅片-涡产生器复合传热元件的热工水力性能测试。

本发明的有益效果是：

本发明提供的强化传热元件的性能测试装置，能够利用强化传热元件等比例放大模型对强化传热元件实体的热工水力性能进行测试，降低了强化传热元件的性能测试难度，并且提高了测试结果的准确性；从而降低产品开发难度，加快产品开发周期。

本发明提供的强化传热元件的性能测试方法，测试结果等效于强化传热元件实体的热工水力性能测试结果。

本发明能够应用于百叶窗翅片-涡产生器复合传热元件的热工水力性能测试。

附图说明

图1为本发明所述的强化热传热元件的性能测试装置的组成示意图。

图2为本发明所述的强化热传热元件的性能测试装置的总体结构示意图。

图3为本发明所述的支撑系统的结构示意图。

图4为本发明所述的风洞洞体系统的结构示意图。

图5为本发明所述的入口段的外部结构示意图。

图6为本发明所述的入口段的内部结构示意图。

图7为本发明所述的试验段的外部结构示意图。

图8为本发明所述的试验段的内部结构示意图。

图9为本发明所述的强化传热元件等比例放大模型的结构示意图。

图10为本发明所述的出口段的外部结构示意图。

图11为本发明所述的出口段的内部结构示意图。

图12为本发明所述的强化热传热元件的性能测试装置的工作过程示意图。

图13为本发明所述的强化热传热元件的性能测试方法的流程图。

图14为本发明所述的百叶翅片-前扩型涡产生器(LF-CFUVG)等比例放大模型的试验结果示意图。

图15为本发明所述的百叶翅片-后扩型涡产生器(LF-CFDVG)等比例放大模型的试验结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-12所示，本发明提供了一种强化传热元件的性能测试装置，包括：支撑系统、风洞洞体系统、强化传热元件等比例放大模型(研究及测量对象)、流体循环系统、光学可视化系统、数据采集系统和控制系统。

支撑系统是整个装置的安装基础，用于支撑其余各子系统，如图3所示，支撑系统包括：安装平面110和多个立柱120。安装平面110为框架结构，包括矩形外框架111和连接在矩形框架内部的多个横梁112，多个横梁112沿矩形框架111的横向平行间隔设置。安装平面110水平设置，多个立柱120竖直设置，并且固定连接在安装平面110的底部，用于支撑安装平面110。在本实施例中，为了保证支撑系统的强度，还设置有多个水平加强杆130和多个垂向加强杆140。多个水平加强杆130组成矩形框架，并且连接在立柱120竖直方向上的中间位置。多个垂向加强杆140沿竖直方向设置，垂向加强杆140的上端分别连接在安装平面的外框架111上，下端连接在水平加强杆130上。作为一种优选，支撑系统采用型铝结构，型铝之间通过T型螺栓和连接块连接。

风洞洞体系统的轴向(气流方向)沿矩形外框架111的纵向(长度方向)设置在支撑系统的顶部。如图4所示，风洞洞体系统包括依次连通的入口段210、试验段220及出口段230；所述入口段210、试验段220和出口段230均为中空的筒体结构。强化传热元件等比例放大模型设置在试验段220中。其中，强化传热元件等比例放大模型的上部和下部分别设置有电加热膜。

如图3-4所示，作为一种优选，安装平面110上设置有第一滑轨机构810、第二滑轨机构820和第三滑轨机构830，入口段210、试验段220及出口段230分别对应连接在第一滑轨机构810、第二滑轨机构820和第三滑轨机构830上。

如图3所示，第一滑轨机构810、第二滑轨机构820和第三滑轨机构830分别由多个导轨和安装在导轨上的滑块组成，滑块可沿导轨独立移动。在本实施例中，第一滑轨机构810包括3个导轨，每个导轨上安装有两个滑块；3个导轨一一对应的固定安装在对应入口段下方的三个横梁112上，并且导轨与横梁112平行设置；入口段210的底部与第一滑轨机构810的滑块固定连接，使入口段210能够沿导轨的轴向移动，即沿平行于风洞洞体系统的横截面的水平方向移动。第二滑轨机构820包括2个导轨，每个导轨上安装有两个滑块；2个导轨一一对应的固定安装在对应试验段220下方的2个横梁112上。第三滑轨机构830包括3个导轨，每个导轨上安装有两个滑块；3个导轨一一对应的固定安装在对应出口段230下方的2个横梁112上。第二滑轨机构820的导轨、第三滑轨机构830的导轨均与第一滑轨机构810的导轨平行设置。试验段220的底部与第二滑轨机构820的滑块固定连接，出口段230的底部与第二滑轨机构820的滑块固定连接。入口段210、试验段220及出口段230能够沿平行于风洞洞体系统的横截面方向水平移动，使入口段210、试验段220及出口段230的端口错开，以便于在试验段220中安装强化传热元件等比例放大模型以及便于风洞洞体系统的组装。其中，入口段210、试验段220及出口段230的移动范围通过限位器限定。

如图4所示，在本实施例中，入口段210、试验段220及出口段230均为中空的长方体筒体，并且入口段210、试验段220及出口段230的横截面尺寸相同。在进行试验的过程中，入口段210、试验段220及出口段230的端口对齐，并且将相邻端口连接处通过耐高温胶带密封。

入口段210是数据采集系统中相关传感器和光学可视化系统中相关部件的安装基础，且是风洞洞体系统的初始段。如图5-6所示，入口段210由上盖板210a、下盖板210b、左侧板210c和右侧板210d组成，入口段210中设置有第一整流格栅211。其中，下盖板210b的上表面在靠近入口端处开设有凹槽，第一整流格栅211的下端匹配设置在所述凹槽中，第一整流格栅211的左端、上端和右端分别同左侧板210c、上盖板210a和210d接触。

上盖板210a沿长度方向的中轴线上间隔开设有3个螺纹孔和1个十字沉孔，3个螺纹孔分别用于安装风速传感器610、第一温度传感器620和第一压力传感器630，十字沉孔用于安装烟雾喷嘴520或雾状水喷嘴。

为提高洞体系统的绝热性，入口段210的上盖板210a和下盖板210b的材料均采用合成石；为可视化研究洞体内比例放大强化传热元件中的流动和传热现象，左侧板210c和右侧板210d均采用透明石英玻璃材料，第一整流格栅211的材料同为合成石。

左侧板210c和右侧板210d上分别开设有3个螺纹孔，分别用于安装风速传感器610、第一温度传感器620和第一压力传感器630。其中，上盖板210a上安装的风速传感器610、左侧板210c上安装的风速传感器610和右侧板210d上安装的风速传感器610位于平行于入口段210端口的同一竖直平面(图12中截面1)上，相对应的，上盖板210a、左侧板210c和右侧板210d上的第一温度传感器620和第一压力传感器630的位置也分别处于平行于入口段210端口的同一竖直平面(图12中截面2、截面3)上。

左侧板210c和右侧板210d还分别安装有激光发生器510，其中，两个激光发生器510分别位于左侧板210c和右侧板210d的内壁上，并且在雾状水喷嘴(烟雾喷嘴520)安装位置的两侧相对设置。

下盖板210b与第一滑轨机构810的多个滑块分别通过沉头螺栓群连接。

其中，上盖板210a的下表面和下盖板210b的上表面上靠近左右两侧分别开设有两个平行凹槽(沿风洞洞体的长度方向开设)，左侧板210c(右侧板210d)的上、下两端匹配卡合在上盖板210a的下表面和下盖板210b的上表面的对应凹槽中。

安装完成后，为满足试验过程中防水和耐高温的要求，使用硅胶对入口段左、右侧板和上、下盖板进行粘接，同时对螺栓孔、十字沉孔和沉头螺栓孔群分别用硅胶进行填充堵塞。

试验段220是研究和测量对象的安装基础，同时是风洞洞体系统的中间段。如图7所示，试验段220由上盖板220a、下盖板220b、左侧板220c和右侧板220d四部分组成。试验段220中上盖板220a、下盖板220b、左侧板220c和右侧板220d的组装方式与入口段210的组装方式相同。下盖板220b与第一滑轨机构820的多个滑块分别通过沉头螺栓群连接。

为保证试验段220的绝热性和耐高温性，上盖板220a和下盖板220b的材料均采用合成石；而为满足光学可视化及耐高温性的要求，左侧板220c和右侧板220d的材料均采用透明石英玻璃。

安装完成后，为满足试验过程中防水和耐高温的要求，使用硅胶对试验段左、右侧板和上、下盖板进行粘接，同时对沉头螺栓孔群分别用硅胶进行填充堵塞。

如图8-9所示，本实施例中采用的强化传热元件等比例放大模型(研究及测量对象)为百叶窗翅片-涡产生器的等比例放大模型(放大比例为10:1)。在强化传热元件等比例放大模型的上部和下部分别具有上冷却管310和下冷却管320，试验段220的左侧板220c和右侧板220d的内侧分别开设有凹槽，强化传热元件等比例放大模型上部的上冷却管310的左右两端分别嵌入左侧板220c和右侧板220d的内侧的凹槽中。同时在下盖板220b的上表面靠近前后两端开设有两个凹槽，强化传热元件等比例放大模型的下冷却管320的前后两端的分别嵌入在下盖板220b的上表面的两个凹槽中。上冷却管310的上表面和下冷却管310的下表面分别设置有电加热膜330，电加热膜330为硅橡胶材质，通过胶带粘贴在上冷却管310的上表面和下冷却管320上。电加热膜330的供电电压为220V，频率为50Hz，温度可在功率调整过程中在30℃-200℃间变化。试验段的上盖板220a和下盖板220b上还开设有通孔220e，用于穿过上部的电加热膜330和下部的电加热膜330的控温线。

出口段230是数据采集系统中相关传感器的安装基础，如图10-11所示，出口段230由上盖板230a、下盖板230b、左侧板230c、右侧板230d组成。出口段230中上盖板230a、下盖板230b、左侧板230c和右侧板230d的组装方式与入口段210的组装方式相同。出口段230中设置有第二整流格栅231。其中，下盖板230b的上表面开设有凹槽，第二整流格栅231的下端匹配设置在所述凹槽中，第二整流格栅231的左端、上端和右端分别同左侧板230c、上盖板230a和230d接触。

上盖板230a的沿长度方向中轴线上间隔开设有两个螺纹孔，所述两个螺纹孔分别用于第二压力传感器640和第二温度传感器650。

左侧板230c和右侧板230d上分别开设有两个螺纹孔，分别用于安装第二压力传感器640和第二温度传感器650。其中，上盖板230a上安装的第二压力传感器640、左侧板230c上安装的第二压力传感器640和右侧板230d上安装的第二压力传感器640均位于平行于入口段230端口的同一竖直平面(图12中的截面6)上，相对应的，上盖板230a、左侧板230c和右侧板230d上的第二温度传感器650的位置也均处于平行于入口段210端口的同一竖直平面(图12中的截面7)上。

下盖板230b与第一滑轨机构830的多个滑块分别通过沉头螺栓群连接。安装完成后，为满足试验过程中防水和耐高温的要求，使用相应硅胶对出口段230左、右侧板和上、下盖板进行粘接，同时对下盖板230b上的沉头螺栓孔群进行填充堵塞。

为提高洞体系统的绝热性，上盖板230a和下盖板230b的材料均采用合成石，而为可视化研究洞体内比例放大强化传热元件中的流动和传热现象，左侧板230c和右侧板230d均采用透明石英玻璃材料，第二整流格栅231的材料同为合成石。

所述流体循环系统用于形成流体流动通路、驱动流体流动和释放雾状冷却水等，进一步由风洞洞体系统中的入口段210、试验段220、出口段230、雾状水喷嘴、流体收集口420，前端软管430，变频风机440和后端软管450构成。其中，流体收集口420为锥形管，大口径端连接在出口段230的出口端(末端)，小口径端连接前端软管430的一端。前端软管430具有耐高温防水的特性，且容易变形，可随意调整位置；前端软管430同变频风机440相连。变频风机440构成通路的一部分，具有耐高温防水的特性。后端软管450同样具有耐高温防水的特性，且容易变形，可随意调整位置，后端软管450的一端与变频风机440相连，另一端则通入大气。

流体由变频风机440驱动，变频风机440的工作电压为220V，频率为50Hz，在风机变频器的作用下，其流量可在0m

雾状水喷嘴用于将水雾化，之后雾状水随空气的运动，形成两相流即空气-雾状水复合冷却介质，最终作用于研究及测量对象之上。同时在雾状水喷嘴后端装有质量流量计和温度传感器，用于监测和控制水的流量和温度。

所述光学可视化系统用于观察单相流冷却介质空气，或者多相流冷却介质空气-雾状水作用于研究和测量对象过程中的流动细节。由两个激光发生器510、烟雾喷嘴520、烟雾发生器530和相机540构成。其中，烟雾喷嘴520同雾状水喷嘴的安装位置相同，均在入口段210上盖板后端十字沉孔内。烟雾生成器530，用于生产烟雾，并通过软管输送给烟雾喷嘴520，并最终释放到空气中。激光发生器510可产生绿色激光，作用于随空气流动的烟雾上时，可显示流动细节。在单相流及空气冷却过程中，将雾状水喷嘴拆下，安装上烟雾喷嘴520，同时将烟雾发生器530同烟雾喷嘴520通过软管相连接，并打开两个激光发生器510，透过进口段210、试验段220和出口段230左、右侧板的透明石英玻璃观察并用相机540记录，空气流动过程中的流动细节；在多相流即空气-雾状水作用下时，关闭烟雾发生器530，拆下烟雾喷嘴520，安装雾状水喷嘴，并打开两个激光发生器510，透过进口段210、试验段220和出口段230左右侧板的透明石英玻璃观察并用相机540记录，空气-雾状水两相流流动过程中的流动细节。

所述数据采集系统包括：风速传感器610、第一温度传感器620、第一压力传感器630、第二压力传感器640和第二温度传感器650以及质量流量计和温度传感器；分别用于采集装置使用过程中的空气流速，空气温度，冷却介质空气或者空气-雾状水复合冷却介质经过研究和测量对象前后的压降以及雾状水温度、流量。各传感器均采用电流信号，大小为4-20mA，输出信号输送给模拟量采集卡740后，经CAN总线分析仪730后经上位机710记录。其中，每种传感器均设置为3个，以3个传感器测量的平均值作为最终测量结果。控制系统包括上位机710及各机构的控制器，用于控制变频风机流量，以调节经过研究测量对象的风速；控制经过雾状水喷嘴的水流量和温度；控制电加热膜330的温度，以调节研究和测量对象上、下部冷却管表面的温度。

各传感器和CAN总线分析仪730均由低压电源720供电，低压电源720用于将220V交流电转化为24V直流电。其中，模拟量采集卡740经螺钉固定在垂向加强杆140上。

如图12所示，试验中在变频风机440的作用下空气经入口段210前部进入装置，且其动力来源于变频风机440，流速大小则由上位机710作用下的风机变频器调节。为保证空气速度和温度的均匀性，在装置入口段210装有第一整流格栅211，同时在第一整流格栅211后方截面1内的不同位置安装3个风速传感器610以测量风速，并以均值作为实际使用值；在截面2内的不同位置安装3个第一温度传感器620以测量温度，并以均值作为实际使用值；在截面3内装有3个第一压力传感器630以测量静压，并以均值作为实际使用值；在截面4，即在空气-雾状水复合冷却介质使用过程中，安装用于测量通过雾状水喷嘴的雾状水温度和质量流量的一体传感器，且其温度和流量可由上位机调节；在截面5，即研究和测量对象处安装用于测量电加热膜330温度的温度传感器，且电加热膜330的温度可根据实际需要由上位机710调节；在截面6，即研究和测量对象后端安装3个第二压力传感器640以测量静压，并以前、后段静压差作为冷却工质通过研究和测量对象的压降；在截面7内装有3个第二温度传感器650以测量温度，并以均值作为实际使用值。各传感器均由24V直流电源供电，且均输出4mA-20mA的电流信号。在模拟量采集卡获取到变送器电流信号后，经CAN总线分析仪处理，进一步传输给上位机以进行分析和存储及控制变频风机转速、电加热膜温度、雾状水温度和流量。为保证试验结果的准确性，不同工况时各物理量的采集和存储均在试验平台达到稳定状态的条件下进行。

如图13所示，在研究和测量对象安装妥当、试验设备调试等准备工作完成后，启动低压电源720(24V直流电源)，为各传感器供电。同时启动模拟量采集卡740和CAN总线分析仪730，以采集相应变送器的信号并输送给上位机，在后者启动后可通过与CAN总线分析仪730配套的软件设置信号采集及记录频率，并可于上位机710实时查看相应工况的风速、温度和压力值。随之，为防止温度过高导致热点出现及对各变送器其可能造成的损害，首先启动变频风机440通风，并于上位机查看风速是否满足相应工况的要求，当风速不符合所需要求时，可通过上位机710作用下的风机变频器进行调整。

当风速满足要求后，在单相流冷却即空气冷却条件下时，启动电加热膜对研究及测量对象加热，同时需要在上位机查看温度是否为所需温度，当温度不满足要求时，可通过上位机作用下的温控器进行调整。当温度满足要求后，持续采集并记录各传感器信号不少于30分钟，并于上位机710检查各信号的稳定性，当出现信号波动幅值较大时，将终止试验并检查试验对象和设备。在各信号稳定后，保存试验数据并关闭电加热膜及其余试验设备，待试验系统中各设备温度达到室温后关闭变频风机440，试验结束。

当风速满足要求后，在多相流冷却即空气冷却条件下时，启动雾状水喷嘴，同时在上位机710上查看雾状水温度和流量是否满足要求，不满足时需通过上位机调整雾状水流量和温度。之后，开启电加热膜，同时需要在上位机查看温度是否为所需温度，当温度不满足要求时，可通过上位机作用下的温控器进行调整。当温度满足要求后，持续采集并记录各传感器信号不少于30分钟，并于上位机检查各信号的稳定性，当出现信号波动幅值较大时，将终止试验并检查试验对象和设备。在各信号稳定后，保存试验数据并先后关闭雾状水喷嘴、电加热膜及其余试验设备，待试验系统中各设备温度达到室温后关闭变频风机440，试验结束。

本装置依据相似原理第三定理，即两个现象相似的充要条件是同名已定特征数相等且单值性条件相似而搭建。以研究和测量对象的原型和等比例放大模型间的雷诺数、欧拉数和普朗特数为相似特征数，并采用方程分析法构建相似特征数间的关系。最终建立如下关系：

雷诺数(Re)相等，即

式中：Re

欧拉数(Eu)相等，即

式中：Eu

普朗特数(Pr)相等，即

式中：Pr

经表1分析可知，LF-VG原型(强化传热元件实体)和等比例放大模型(强化传热元件等比例放大模型)间同样满足流动和传热现象相似时的单值性条件。

表1LF-VG原型和等比例放大模型间单值性条件分析

由前文分析可知，LF-VG原型与等比例放大模型间流动和传热现象相似时，应满足雷诺数(Re)、欧拉数(Eu)和普朗特数(Pr)相等。对于原型而言，数值模拟过程中空气温度为25℃，冷却管壁温度为160.5℃，进而可得定性温度为92.75℃；对于等比例放大模型而言，试验过程中空气温度为10℃，冷却管表面温度为160℃，相应定性温度为85℃。因空气的Pr随温度变化不大，从而可以认为Pr

式中：ρ

同时可知△P

在传热现象相似时，原型努赛尔数Nu

式中：h

式中：λ

根据原型在数值模拟过程中的速度v

表2LF-VG原型和等比例放大模型中的速度

在对LF-CFUVG等比例放大模型的试验数据处理后，进一步得到图14所示试验结果。从中可见，随着速度v

在将图14中LF-VG放大模型的试验结果同相应原型的数值模拟结果比较后，得到LF-CFUVG原型和等比例放大模型间△P及h

表3LF-CFUVG原型和等比例放大模型间△P和h

同样在对LF-CFDVG放大模型的试验数据处理后，可得到图15所示试验结果。从中发现，随着速度v

进一步将图15中LF-CFDVG放大模型的试验结果同相应原型的数值模拟结果对比后，可得到表4所示LF-CFDVG原型和等比例放大模型间△P及h

表4LF-CFDVG原型和等比例放大模型间△P和h

本发明提出百叶窗翅片-涡产生器新型复合强化传热元件以进一步改善该型热交换器的热工水力性能后，为降低新产品开发成本并缩短其开发周期，基于相似理论建立百叶窗翅片-涡产生器等比例放大模型(10:1)，并进一步设计并搭建出用于研究和测量该模型热工水力性能的装置。通过该装置可研究百叶窗翅片-涡产生器等比例放大模型的流动和传热机理，测量其温度、压力和散热量等众多物理参数，进而可大幅加快新型热交换器强化传热元件方案可行性的验证速度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。