本發(fā)明涉及傳熱管的傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量裝置，尤其涉及一種管箱式傳熱實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

傳熱是一種非常普遍的自然現(xiàn)象，是動(dòng)力、核能、電子、交通、制冷、化工、石油、航空航天等工業(yè)中的常見過程。而換熱器在上述各工業(yè)中占據(jù)關(guān)鍵地位，換熱器不僅是保證整個(gè)工程設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的不可缺少部件，而且在金屬消耗、動(dòng)力消耗和資本投資等方面，都在整個(gè)工程中占有重要份額，以電廠為例，如果將鍋爐也作為換熱設(shè)備，則換熱器的資本投資約占電廠總投資的70％；在石油化工中，換熱器的投資在總投資的50％；此外，由于世界上煤、石油、天然氣等資源日益減小，提高換熱器能源利用率，減少能源浪費(fèi)也勢在必行，此可見，換熱器的合理設(shè)計(jì)對于節(jié)約資源、材料、能約和空間而言是十分重要的。

而開發(fā)高性能換熱器最主要方法的就是采用強(qiáng)化傳熱技術(shù)。強(qiáng)化傳熱技術(shù)就是力求換熱器在單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上傳遞的熱量更多，其主要措施就是采用各種強(qiáng)化型高效傳熱管，如螺旋槽紋管、橫紋管、波紋管、縮放管、翅片管，以及各種管內(nèi)插入物等。通過強(qiáng)化高效傳熱管替代原來的普通光管，則即可節(jié)約金屬管材、降低設(shè)備費(fèi)用，又可顯著提高熱能利用率，降低能耗。

目前開發(fā)高效強(qiáng)化管的方法有，解析法、有限元法、實(shí)驗(yàn)法。解析法需求解微分或積分方程，難以得到解析解從而使用較少；有限元法為開發(fā)高效管開發(fā)提供了有效手段，然而，有限元分析結(jié)果必須通過實(shí)驗(yàn)對其進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證后的結(jié)果才能應(yīng)用于工程；因此，實(shí)驗(yàn)研究法一直是開發(fā)高效強(qiáng)化管最為有效、最為常用、也是最為可靠的研究方法。

傳熱實(shí)驗(yàn)裝備是采用實(shí)驗(yàn)研究法開發(fā)高效傳熱管的基礎(chǔ)，國內(nèi)外公開的傳熱實(shí)驗(yàn)裝置較多，如：專利號(hào)“201510433423.7”公布了一種氣—液換熱器傳熱系數(shù)測定裝置，該裝置能對不同氣相側(cè)翅片管擴(kuò)展形式進(jìn)行傳熱系數(shù)測試、壓降測試；專利號(hào)“201510114654.1”公布了一種絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動(dòng)阻力和溫度分布測試裝置，該裝置通過在波紋管實(shí)驗(yàn)段內(nèi)設(shè)置有溫度和壓力檢測單元以及真空度測試單元，通過波紋管實(shí)驗(yàn)段內(nèi)溫度、壓力與真空度數(shù)據(jù)獲得絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動(dòng)的阻力和溫度分布；專利號(hào)“201110208846.0”公布了一種測量微管兩相對流傳熱系數(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置在不銹鋼管相對應(yīng)處設(shè)有在線紅外線檢測儀，并通過計(jì)算機(jī)采集熱電偶數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性好，遠(yuǎn)程教學(xué)的目的；專利號(hào)“201010039663.6”公布了一種換熱翅片溫度場紅外可可視化實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置采用紅外線攝影儀，實(shí)現(xiàn)非接觸式測量，可實(shí)現(xiàn)換熱翅片表面溫度場的可視化測試，得到全場溫度分布。

然而，雖然目前有多種傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，但是沒有一種傳熱實(shí)驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)：傳熱管直徑可調(diào)、長度可調(diào)、流體介質(zhì)可調(diào)，既能進(jìn)行單管實(shí)驗(yàn)、多管實(shí)驗(yàn)，又能進(jìn)行管束布局實(shí)驗(yàn)的傳熱實(shí)驗(yàn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有傳熱實(shí)驗(yàn)裝備的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種管箱式傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，具有傳熱管直徑可調(diào)、長度可調(diào)、流體介質(zhì)可調(diào)，既能進(jìn)行單管實(shí)驗(yàn)、多管實(shí)驗(yàn)，又能進(jìn)行管束布局實(shí)驗(yàn)的傳熱實(shí)驗(yàn)裝置。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種管箱式傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，包括傳熱管1、襯套管4、小管箱5、小管箱蓋板6、小管箱法蘭端蓋7、內(nèi)套管9、外套管10、大管箱12、大管箱蓋板13、大管箱法蘭端蓋14，其特征為：傳熱管1左端外側(cè)表面套有襯套管4，襯套管4外套有小管箱5，小管箱5右端面設(shè)置有絕熱層3，小管箱5左端面螺栓連接有小管箱蓋板6，小管箱蓋板6中心配合有小管箱法蘭端蓋7，小管箱法蘭端蓋7通過螺紋緊固于內(nèi)套管法蘭盤16左端面，內(nèi)套管法蘭盤16焊接在內(nèi)套管9左端面；傳熱管1右端外側(cè)表面套有襯套管4，襯套管4外套有大管箱12，大管箱12左端面設(shè)置有絕熱層3，大管箱12右端面螺栓連接有大管箱蓋板13，大管箱蓋板13中心配合有大管箱法蘭端蓋14，大管箱法蘭端蓋14通過螺紋緊固于外套管法蘭盤21右端面，外套管法蘭盤21端焊接在外套管10右端面；內(nèi)套管9與外套管10之間設(shè)置有套管密封圈；

所述小管箱法蘭端蓋7左端焊接有冷流出口法蘭管8，冷流出口法蘭管8設(shè)置有溫度、壓力檢測口；大管箱法蘭端蓋14右端焊接有冷流入口法蘭管15，冷流入口法蘭管15設(shè)置有溫度、壓力檢測口；小管箱法蘭端蓋7與大管箱法蘭端蓋14通過拉桿螺栓17緊固；

所述小管箱5左側(cè)設(shè)置有圓形內(nèi)腔，圓形內(nèi)腔左端面均布有螺紋孔，螺紋孔通過內(nèi)六角螺栓連接有小管箱蓋板6；小管箱5右側(cè)設(shè)置有階梯孔，階梯孔的分布形式可變；階梯孔內(nèi)有配合有凸出的襯套管4，襯套管4內(nèi)表面、外表面均設(shè)置有回轉(zhuǎn)溝槽，回轉(zhuǎn)溝槽內(nèi)安放有襯套內(nèi)密封圈、襯套管外密封圈；小管箱5外表面設(shè)置有回轉(zhuǎn)溝槽，溝槽內(nèi)安裝有小管箱密封圈。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用整體結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖2是襯套管示意圖。

圖3是單管用管箱傳熱示意圖。

圖4是多管用實(shí)驗(yàn)管箱——正方形布管示意圖。

圖5是多管用實(shí)驗(yàn)管箱——同心圓布管示意圖。

圖6是多管用實(shí)驗(yàn)管箱——等邊三角布管示意圖。

圖7是小管箱法蘭端蓋示意圖。

圖中，1.傳熱管，2.熱流入口法蘭管，3.絕熱層，4.襯套管，5.小管箱，6.小管箱蓋板，7.小管法蘭端蓋，8.冷流出口法蘭管，9.內(nèi)套管，10.外套管，11.污水出口管，12.大管箱，13.大管箱蓋板，14.大管箱法蘭端蓋，15.冷流入口法蘭管，16.內(nèi)套管法蘭盤，17.拉桿螺栓，18.保溫層，19.限位螺栓，20.熱流出口法蘭管，21.外套管法蘭盤，25.圓形內(nèi)腔，26.階梯孔，27.內(nèi)回轉(zhuǎn)凹槽，28.外回轉(zhuǎn)凹槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)敘述。

參照圖1～圖2，一種管箱式傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，傳熱管1、小管箱5、小管箱蓋板6、小管箱法蘭端蓋7，絕熱層3、襯套管4、內(nèi)套管9、外套管10，大管箱12、大管箱蓋板13、大管箱法蘭端蓋14。傳熱管1左端套襯套管4，襯套管4外套有小管箱5，小管箱5通過內(nèi)12個(gè)六角螺栓連接有小管箱蓋板6，小管箱蓋板6內(nèi)部配合有小管箱法蘭端蓋7，小管箱法蘭端蓋7通過12個(gè)內(nèi)六角螺栓緊固于內(nèi)套管法蘭盤16端面，內(nèi)套管法蘭盤16端面與內(nèi)套管9焊接；傳熱管1右端套襯套管4，襯套管4外套有大管箱12，大管箱12通過內(nèi)12個(gè)六角螺栓連接有大管箱蓋板13，大管箱蓋板13內(nèi)部配合有大管箱法蘭端蓋14，大管箱法蘭端蓋14通過12個(gè)內(nèi)六角螺栓緊固于外套管法蘭盤19端面，外套管法蘭盤19與內(nèi)套管9焊接。

參照圖1～圖2，傳熱管1、小管箱5、大管箱12、襯套管4、小管箱蓋板6、小管箱法蘭端蓋7、大管箱蓋板13、大管箱法蘭端蓋14管構(gòu)成本實(shí)驗(yàn)裝置的管程，冷流從大管箱法蘭端蓋14流入管程，從小管箱法蘭端蓋7流出管程；內(nèi)套管9、外套管10、熱流入口法蘭管2、熱流出口法蘭管20構(gòu)成本實(shí)驗(yàn)裝置的殼程。通過改變熱流入口法蘭管2、冷流入口法蘭管15的實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)液—液傳熱實(shí)驗(yàn)，氣—液傳熱實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)原理為：通過測量冷、熱流體的進(jìn)、出口溫度、及冷流入口速度、壓力損失等參數(shù)，根據(jù)定性溫度查表可得到實(shí)驗(yàn)介質(zhì)的密度、粘度、比熱容等參數(shù)，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)管的受熱面積，進(jìn)而計(jì)算得到實(shí)驗(yàn)管的傳熱系數(shù)、傳熱膜系數(shù)等。

參照圖1、圖1，傳熱管1可選用不同直徑、不同長度、不同類型(如螺旋槽紋管、橫紋管、波紋管、縮放管、翅片管、光管等)的傳熱管進(jìn)行傳熱實(shí)驗(yàn)，為保證密封性能，傳熱管1上、下兩端外表面應(yīng)該保證一定的加工精度，且傳熱管1外表面與襯套管4之間安放有襯套管內(nèi)密封圈。

參照圖2，襯套管內(nèi)部有內(nèi)回轉(zhuǎn)溝槽27，外部有外回轉(zhuǎn)溝槽28，回、外轉(zhuǎn)溝槽內(nèi)安放有密封圈。

參照圖3～圖6，小管箱5內(nèi)部設(shè)置有圓形內(nèi)腔，圓形內(nèi)腔上端面設(shè)置有螺紋孔，小管箱蓋板6通過內(nèi)六角螺栓緊于小管箱5端面。圓形內(nèi)腔下端布置有階梯孔，階梯孔的布置方式有：正方形布置、等邊三角形布置、同心圓布置，且階梯孔的步孔間距可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整；當(dāng)采用正方形布孔時(shí)，可進(jìn)行正方形布管傳熱實(shí)驗(yàn)；當(dāng)采用等邊三角形布孔時(shí)，可進(jìn)行等邊三角形布管傳熱實(shí)驗(yàn)；當(dāng)采用同心圓布孔時(shí)，可進(jìn)行同心圓布管傳熱實(shí)驗(yàn)。此外，階梯孔內(nèi)設(shè)置有襯套管4，實(shí)驗(yàn)前，選用不同襯套管4內(nèi)徑的大小，可實(shí)現(xiàn)不同的傳熱管實(shí)驗(yàn)。小管箱5與大管箱12結(jié)構(gòu)與作用類似。

參照圖1、圖7，小管箱法蘭端蓋7外表面均布有12個(gè)螺紋孔和4個(gè)通孔，螺紋孔用于和內(nèi)套管法蘭盤16連接，通孔用于和大套管法蘭端蓋14連接；小管箱法蘭端蓋7設(shè)置有凸出的階梯軸，用于限制小管箱5的軸向位移。小管箱法蘭端蓋7焊接有冷流法蘭出口管15，冷流法蘭出口管15裝有溫度測量儀器、壓力測量儀器，可測量熱流出口溫度、出口壓力。大管箱法蘭端蓋14和小管箱法蘭端蓋7結(jié)構(gòu)和功能類似。

參照圖1，內(nèi)套管9端面焊接有內(nèi)套管法蘭盤16，內(nèi)套管法蘭盤16通過螺栓左端面連接有小管箱法蘭端蓋7。內(nèi)套管9上端左側(cè)設(shè)置有熱流進(jìn)口孔，熱流進(jìn)口孔連接有熱流入口法蘭管2，熱流由熱流入口法蘭管2流入實(shí)驗(yàn)裝置殼程，且熱流入口法蘭管2上安裝有溫度測量儀器，可測量熱流入口溫度。內(nèi)套管9下端外表面臺(tái)階，臺(tái)階用于限位外套管10滑移最大行程。臺(tái)階下表面設(shè)置有2～3回轉(zhuǎn)溝槽，回轉(zhuǎn)溝槽設(shè)置有密封圈，密封圈主要用于防止殼程熱流從內(nèi)套管9與外套管10之間的間隙漏失。

參照圖1，外套管10端面焊接外套管法蘭盤19，外套管法蘭盤19通過螺栓右端面連接有大管箱法蘭端蓋14。外套管10左端設(shè)置有螺紋孔，螺紋孔內(nèi)安裝有螺栓，螺栓用于限位外套管10滑移的最大行程。外套管10下端左側(cè)設(shè)置有污水出口孔，污水口孔連接有污水出口管11，污水出口管11安裝有調(diào)節(jié)閥，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，需打開此閥，將套管內(nèi)的廢液排出。外套管10下端右側(cè)設(shè)置熱流出口孔，熱流出口孔連接有熱流出口法蘭管20，熱流由熱流出口法蘭管20流出實(shí)驗(yàn)裝置，且熱流出口法蘭管20上安裝有溫度測量儀器，可測量熱流出口溫度。

參照圖1，內(nèi)套管9與外套管10外表面包裹有保溫層18，保溫層18用于隔絕外界溫度對本實(shí)驗(yàn)裝置的影響。