本發(fā)明涉及一種氣體換熱器以及換熱器中使用的氣流測量實(shí)驗(yàn)裝置，屬于換熱領(lǐng)域以及流體力學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氣體換熱器在進(jìn)行換熱的時候，因?yàn)闊崃黧w的入口溫度不均勻而導(dǎo)致?lián)Q熱效果出現(xiàn)明顯的不同，而且因?yàn)闊崃黧w流量的測量誤差而導(dǎo)致?lián)Q熱效果沒有達(dá)到理想的情況。

此外氣體流速和流量的測量是流體力學(xué)的一項(xiàng)基本測量。在實(shí)驗(yàn)研究和工程應(yīng)用的各個領(lǐng)域，都提出的各式各樣的流速測量問題，例如確定ecu控制的進(jìn)氣歧管空氣流量、測定飛機(jī)的空速等。通常我們對流體的流量進(jìn)行測定時使用的流量計(jì)應(yīng)用原理和方法各不相同，其中差壓式流量計(jì)應(yīng)用廣泛，常用的種類有文丘里流量計(jì)、孔板流量計(jì)、皮托靜壓管等。不同種類的流量計(jì)使用方法及優(yōu)勢各有不同，甚至在不同氣流流速時，不同的測量方式會呈現(xiàn)不同的精度，例如在鍋爐等送風(fēng)設(shè)備上都會有流量測量裝置。通過本裝置測量比較，可以為其提出指導(dǎo)意見，不同風(fēng)量選用不同的流量測量裝置，得到更準(zhǔn)確的測量結(jié)果。因此在教學(xué)過程中需要發(fā)明一種能夠直觀比較各種測量方法異同的實(shí)驗(yàn)裝置，方便學(xué)生學(xué)習(xí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供了一種可以達(dá)到理想溫度的氣體換熱器，同時還提供一種能夠綜合測量各種流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，以便在氣體換熱器中使用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種氣體流動情況測量實(shí)驗(yàn)裝置，包括氣流生成裝置、皮托靜壓管系統(tǒng)、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)、孔板流量計(jì)系統(tǒng)和流量控制系統(tǒng)以及流道；氣流生成裝置產(chǎn)生在流道中流動的氣流，所述流量控制系統(tǒng)控制氣流的大小，所述的皮托靜壓管系統(tǒng)、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)、孔板流量計(jì)系統(tǒng)安裝在流道上，用于測量流道中氣流的流量，所述流量控制系統(tǒng)、皮托靜壓管系統(tǒng)、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)、孔板流量計(jì)系統(tǒng)分別與數(shù)據(jù)采集控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)據(jù)采集控制器與數(shù)據(jù)顯示設(shè)備連接。

優(yōu)選的，沿著氣流的方向，在流道中依次設(shè)置氣流生成裝置、皮托靜壓管系統(tǒng)、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)、孔板流量計(jì)系統(tǒng)和流量控制系統(tǒng)。

優(yōu)選的，氣流生成裝置包括離心式鼓風(fēng)機(jī)、錐形進(jìn)氣管和氣流通道，氣流通道連接錐形進(jìn)氣管連接，所述的鼓風(fēng)機(jī)與氣流流道連接；其中皮托靜壓管系統(tǒng)所在的流道為方形截面，文丘里流量計(jì)系統(tǒng)、孔板流量計(jì)系統(tǒng)所在的流道均為圓形。

優(yōu)選的，所述皮托靜壓管系統(tǒng)包括皮托靜壓管和皮托管移動裝置，移動裝置可以使皮托管在所測截面內(nèi)自由移動。

優(yōu)選的，所述的文丘里流量計(jì)系統(tǒng)中，文丘里流量計(jì)安裝位置的前端氣道長度大于五倍流道直徑，后端長度大于三倍流道直徑。

優(yōu)選的，所述流量控制系統(tǒng)為安裝在氣流通道末端的擋板及移動裝置，通過控制擋板與通道出口的距離來控制氣流大小。

優(yōu)選的，皮托靜壓管系統(tǒng)的正方形通道內(nèi)截面邊長為l，圓形通道的半徑為r，則皮托靜壓管系統(tǒng)與文丘里流量計(jì)系統(tǒng)之間的最小距離s1>＝a*((r/2)2+l2)(1/2)，其中a是參數(shù)，22.54<a<32.18；

文丘里流量計(jì)系統(tǒng)、孔板流量計(jì)系統(tǒng)之間的距離s2>＝b*r,其中b是參數(shù)，10<b<23。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明通過設(shè)置新式的流量控制系統(tǒng)，使得測量過程中流量控制簡單方便，容易操作。

2)通過在一個實(shí)驗(yàn)臺上設(shè)置多個測量流速裝置，能夠同時多種流量計(jì)同時工作，并通過顯示裝置顯示測量數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)的對比，可以快速選擇不同流速下的誤差小的測量裝置。

3)實(shí)現(xiàn)了在一臺實(shí)驗(yàn)設(shè)備上完成多種方法氣流流速測量的目的，能直觀的比較不同流量計(jì)的異同，操作簡單，方便教學(xué)。

4)皮托管在移動裝置的導(dǎo)軌上可以上下左右移動，增加了測量的不同位置的流量，提高測量的準(zhǔn)確度，同時便于觀察不同位置的流速變化，方便教學(xué)。

5)通過大量的實(shí)驗(yàn)，確定了各個測量裝置之間的最佳的距離，避免了各個測量裝置之間的氣體擾動導(dǎo)致的誤差增加，從而極大的增加了測量的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的換熱器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；

圖3是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置整體俯視圖；

圖4是本發(fā)明皮托靜壓管系統(tǒng)的示意圖；

圖5是本發(fā)明皮托管移動裝置的側(cè)視圖；

圖6是本發(fā)明文丘里流量計(jì)系統(tǒng)的示意圖；

圖7是本發(fā)明孔板流量計(jì)系統(tǒng)的示意圖；

圖8是本發(fā)明可傾式壓力計(jì)系統(tǒng)及數(shù)顯系統(tǒng)的示意圖；

圖9是本發(fā)明控制系統(tǒng)的示意圖；

圖10是本發(fā)明氣流生成裝置的示意圖。

附圖標(biāo)記如下：

1錐形進(jìn)氣管，2離心式風(fēng)機(jī)，3皮托靜壓管系統(tǒng)，4文丘里流量計(jì)系統(tǒng)，5孔板流量計(jì)，6可傾式壓力計(jì)，7流量控制系統(tǒng)，8皮托管，9皮托管移動裝置，10氣道，11高壓測壓管，12低壓測壓管，13文丘里流量計(jì)，14高壓測壓管，15低壓測壓管，16可傾式壓力計(jì)，17溫度計(jì)，18擋板，19控制旋鈕，20數(shù)顯設(shè)備，21數(shù)據(jù)采集控制器，22熱管冷凝端，23熱管蒸發(fā)端，24冷空氣流道，25熱氣體流道，26凸塊，27凹槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

圖1展示了一種氣體換熱器，如圖所示，所述氣體換熱器包括熱氣體流道25、冷空氣流道24和熱管，所述熱管包括蒸發(fā)端23和冷凝端22，所述蒸發(fā)端23位于熱氣體流道25中，冷凝端22位于冷空氣流道24中，所述熱氣體流道25入口設(shè)置溫度傳感器和流量傳感器，用于測量進(jìn)入熱氣體流道的氣體溫度和氣體流量，所述冷空氣流道24入口設(shè)置閥門，用于控制進(jìn)入冷空氣流道的冷空氣流量，所述換熱器還包括控制器，所述控制器與溫度傳感器、流量傳感器、控制閥數(shù)據(jù)連接，所述控制器根據(jù)測量的氣體溫度和氣體流量，自動控制閥門的開度。

所述的控制器是根據(jù)氣體溫度和氣體流量的組合來進(jìn)行閥門控制，具體控制方式如下：控制參數(shù)q＝(氣體溫度-基準(zhǔn)溫度)*氣體流量，如果測量的控制參數(shù)q增加，則自動增加閥門的開度，如果測量的控制參數(shù)q減少，則自動降低閥門的開度。

通過上述的智能控制，可以實(shí)現(xiàn)隨著熱流體的氣流溫度和流量變化來控制參與換熱的冷空氣的流量，從而實(shí)現(xiàn)冷冷空氣出口溫度保持一致，避免冷空氣出口溫度過高或者過低，從而影響使用效果。

作為優(yōu)選，所述熱氣體為鍋爐尾氣。在鍋爐煙道中使用，還可以避免低溫腐蝕。通過控制冷空氣的流量，避免排煙溫度過高或者過低，從而造成熱量浪費(fèi)或者造成低溫腐蝕。

作為優(yōu)選，所述熱氣體為熱空氣。

作為優(yōu)選，所述基準(zhǔn)溫度為20-30℃。

在換熱器的運(yùn)行實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，并不是所有的其他測量裝置都適合在換熱器中測量流量，有一些測量裝置在不同的環(huán)境中使用會產(chǎn)生很大的誤差，尤其是因?yàn)闅怏w速度而導(dǎo)致的誤差差別更大，導(dǎo)致運(yùn)行效果很差，因此為了保證好的運(yùn)行效果，在不同的換熱環(huán)境中必須選擇合適的測量工具。因此有必要開發(fā)一種新的實(shí)驗(yàn)裝置，以便測試不同的環(huán)境下的測量工具誤差，以便選擇誤差小的測量工具。

圖2展示了一種新的氣流測量實(shí)驗(yàn)裝置的簡單示意圖。如圖2所示的氣體流動情況測量實(shí)驗(yàn)裝置，包括氣流生成裝置、皮托靜壓管系統(tǒng)3、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)4、孔板流量計(jì)系統(tǒng)5、流量控制系統(tǒng)7以及流道；氣流生成裝置產(chǎn)生在流道中流動的氣流，所述流量控制系統(tǒng)7控制氣流的大小，所述的皮托靜壓管系統(tǒng)3、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)4、孔板流量計(jì)系統(tǒng)5安裝在流道上，用于測量流道中氣流的流量，所述流量控制系統(tǒng)7、皮托靜壓管系統(tǒng)3、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)4、孔板流量計(jì)系統(tǒng)5分別與數(shù)據(jù)采集控制器21進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)據(jù)采集控制器21與數(shù)據(jù)顯示設(shè)備連接20。

通過上述流速測量實(shí)驗(yàn)裝置，可以在一臺實(shí)驗(yàn)設(shè)備上完成多種裝置的氣流流速測量，并能通過顯示裝置顯示各個測量數(shù)據(jù)，便于比較給中測量工具的優(yōu)劣，同時也方便教學(xué)，使得學(xué)生能夠直觀的觀察各種不同的測速工具和測速方法。

作為優(yōu)選，如圖9所示，所述的流量控制系統(tǒng)7包括安裝在氣流通道末端的擋板18及移動裝置控制旋鈕19，擋板通過螺桿與氣流通道出口連接，通過旋轉(zhuǎn)控制旋鈕改變擋板與通道出口的距離來控制氣流大小。另外，也可通過其他合理方式控制氣流流量，例如使用變頻氣泵或在進(jìn)口處控制氣流流量等。

作為優(yōu)選，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括高精度氣體流量計(jì)，作為優(yōu)選，所述高精度氣體流量計(jì)設(shè)置在氣流通道10的擋板18與孔板流量計(jì)系統(tǒng)之間，所述高精度氣體流量計(jì)與數(shù)據(jù)采集控制器21數(shù)據(jù)連接，所述流量控制系統(tǒng)7能夠控制氣體流量，并通過高精度氣體流量計(jì)測量的氣體流速在顯示設(shè)備20上顯示。所述高精度氣體流量計(jì)測量的數(shù)據(jù)為對比數(shù)據(jù)，皮托靜壓管系統(tǒng)3、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)4、孔板流量計(jì)系統(tǒng)5測量的數(shù)據(jù)分別與高精度氣體流量計(jì)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，確定出誤差的大小，以便確定合適的流量計(jì)，提供給不同的適用環(huán)境使用。

因?yàn)樽鳛閷Ρ葦?shù)據(jù)，因此高精度氣體流量計(jì)要求精度很高，即誤差很小，測量的誤差在0.5％以內(nèi)，作為優(yōu)選，誤差在0.2％以內(nèi)。

作為優(yōu)選，高精度氣體流量計(jì)可以設(shè)置在氣流流道10的其他位置，例如設(shè)置在氣流生成裝置和皮托靜壓管系統(tǒng)之間。

作為優(yōu)選，如圖3所示，為保證每個測量裝置之間互不影響，流道為分段式結(jié)構(gòu)，共分四段，皮托靜壓管系統(tǒng)、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)、孔板流量計(jì)系統(tǒng)依次安裝在氣道之間，各部分通過法蘭連接。通過流道分段設(shè)置，可以保證各個流道出來的氣流不會對后面的測量裝置產(chǎn)生干擾。

如圖3所示，所述的皮托靜壓管系統(tǒng)包括皮托管和可傾式壓力計(jì)6，皮托管連接可傾式壓力計(jì)6，所述可傾式壓力計(jì)6與數(shù)據(jù)采集控制器21進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，通過數(shù)據(jù)采集控制器21得到氣體的流速。

圖3-4展示了裝置的皮托靜壓管系統(tǒng)，皮托管移動裝置9安裝在氣道壁面上，皮托管8在移動裝置9輔助下可以在測量截面內(nèi)自由移動，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量取均值的功能。

如圖5所示，所述的移動裝置9包括滑塊，所述的皮托管設(shè)置在滑塊中，所述的滑塊包括凸塊26，所述凸塊26設(shè)置在氣道管壁的凹槽27中，凸塊26能夠在凹槽27內(nèi)移動，通過凸塊26的移動來實(shí)現(xiàn)皮托管8的自由移動。

作為優(yōu)選，在皮托管8的自由移動后采取密封措施進(jìn)行密封，避免漏氣。

如圖5所示，為減小裝置對氣道內(nèi)氣流產(chǎn)生的影響，裝所述移動裝置采用在氣道壁面上開滑動槽來實(shí)現(xiàn)橫向移動，其中接觸面上涂潤滑油，在方便移動的同時達(dá)到增加氣密性的目的。另外，皮托管在移動裝置的導(dǎo)軌上可以上下移動，以實(shí)現(xiàn)縱向移動的功能。

圖6展示了裝置的文丘里系統(tǒng)，文丘里流量計(jì)13直接安裝在兩段氣流通道之間，此處應(yīng)注意的是文丘里流量計(jì)安裝時，作為優(yōu)選，前端直管段長度應(yīng)大于5倍直徑，后端直管段長度應(yīng)大于2倍直徑。在測量時，文丘里流量計(jì)的高壓測量管11所測值較大，選擇較大量程的可傾式壓力計(jì)，低壓測壓管12與較小量程的壓力計(jì)相連。

圖7展示了裝置的孔板流量計(jì)系統(tǒng)，孔板流量計(jì)10直接安裝在氣流通道上，與文丘里流量計(jì)類似，高壓測量管14與較大量程的可傾式壓力計(jì)連接，低壓測壓管15與較小量程的壓力計(jì)相連。

如圖8展示了裝置的可傾式壓力計(jì)系統(tǒng)及數(shù)顯系統(tǒng)，所示可傾式壓力計(jì)16分為量程不同的大小兩只，可以方便讀出皮托管等測量裝置所測量的氣流動、靜壓或壓差。測量時可以通過增加可傾式壓力計(jì)的傾角，以獲得更高的靈敏度，但同時由于壓力計(jì)量程隨傾角增加而減小，故需要操作者根據(jù)所測氣流流量調(diào)節(jié)使用。溫度計(jì)17可在實(shí)驗(yàn)需要時測量當(dāng)時的環(huán)境溫度。

作為優(yōu)選，數(shù)顯設(shè)備20包括數(shù)字巡檢儀及壓差變送器，通過壓差變送器可以將測量裝置所測得的壓差轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺椭裂矙z儀實(shí)現(xiàn)測量結(jié)果的數(shù)字顯示。

可傾式壓力計(jì)16與數(shù)據(jù)采集控制器21進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，通過數(shù)據(jù)采集控制器21得到氣體的流速。

當(dāng)然，為了表示方便，圖3只是展示了一個可傾式壓力計(jì)。但是作為優(yōu)選，皮托靜壓管系統(tǒng)3、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)4、孔板流量計(jì)系統(tǒng)5分別與不同的可傾式壓力計(jì)相連接，以便可以同時測量多組數(shù)據(jù)。

圖10展示了一種氣流測量裝置的氣流生成裝置，離心式風(fēng)機(jī)2與錐形進(jìn)氣管1連接，通過氣道一段3向整個裝置供氣。氣流通道連接錐形進(jìn)氣管1，所述的風(fēng)機(jī)2與氣流流道連接。

作為優(yōu)選，其中皮托靜壓管系統(tǒng)所在的流道為方形截面，文丘里流量計(jì)系統(tǒng)、孔板流量計(jì)系統(tǒng)所在的流道均為圓形。

實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，對于皮托靜壓管系統(tǒng)3、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)4、孔板流量計(jì)系統(tǒng)5，相互之間必須要大于一定距離，否則會導(dǎo)致從前一個測量工具出來的氣體沒有充分流動，從而導(dǎo)致測量結(jié)果失準(zhǔn)，因此必須要在各個測量工具之間設(shè)定一個距離，使得流道內(nèi)的氣體充分流動，從而保證測量的準(zhǔn)確性。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，皮托靜壓管系統(tǒng)3、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)4、孔板流量計(jì)系統(tǒng)5、流量控制系統(tǒng)7之間的距離與流道管徑相關(guān)。正常情況下，各個測量工具之間的距離是越遠(yuǎn)越長，但是考慮到成本問題、空間問題以及考慮到距離越長，導(dǎo)致氣體泄漏而產(chǎn)生的誤差問題，因此本發(fā)明通過大量的實(shí)驗(yàn)，得到了最佳的距離公式。

皮托靜壓管系統(tǒng)所在的流道為正方形截面，文丘里流量計(jì)系統(tǒng)、孔板流量計(jì)系統(tǒng)所在的流道均為圓形，此種情況下，皮托靜壓管系統(tǒng)的正方形通道內(nèi)截面邊長為l，圓形通道的半徑為r，則皮托靜壓管系統(tǒng)與文丘里流量計(jì)系統(tǒng)之間的最小距離s1>＝a*((r/2)²+l²)^(1/2)，其中a是參數(shù)，22.54<a<32.18。

作為優(yōu)選，35.34*((r/2)²+l²)^(1/2)<＝s1<＝46.32*((r/2)²+l²)^(1/2)。

作為優(yōu)選，所述的a隨著(r/2)²+l²的增加而增加。作為優(yōu)選，所述的a隨著(r/2)²+l²的增加而增加的幅度越來越大。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，a的幅度隨著(r/2)²+l²不斷的變化，會導(dǎo)致結(jié)果更加準(zhǔn)確，極大地提高了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

作為優(yōu)選，25.52<a<28.24。

文丘里流量計(jì)系統(tǒng)、孔板流量計(jì)系統(tǒng)之間的距離s2>＝b*r,其中b是參數(shù)，10<b<23。作為優(yōu)選，所述的b隨著r的增加而增加。作為優(yōu)選，所述的b隨著r的增加而增加的幅度越來越大。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，b的幅度隨著r不斷的變化，會導(dǎo)致結(jié)果更加準(zhǔn)確，極大地提高了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

作為優(yōu)選，15.3<b<18.2。

孔板流量計(jì)系統(tǒng)與流量控制系統(tǒng)7之間的距離s3>＝c*r,其中c是參數(shù)，4<c<13。作為優(yōu)選，所述的c隨著r的增加而增加。作為優(yōu)選，所述的c隨著r的增加而增加的幅度越來越大。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，c的幅度隨著r不斷的變化，會導(dǎo)致結(jié)果更加準(zhǔn)確，極大地提高了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

作為優(yōu)選，7.2<c<9.2。

相鄰皮托靜壓管系統(tǒng)3、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)4、孔板流量計(jì)系統(tǒng)5、流量控制系統(tǒng)7之間的距離是以流道上該系統(tǒng)的最后的位置與下一個系統(tǒng)的開始的位置之間的距離，作為優(yōu)選，皮托靜壓管系統(tǒng)3、文丘里流量計(jì)系統(tǒng)4、孔板流量計(jì)系統(tǒng)5、流量控制系統(tǒng)7通過法蘭固定在流道上，所述相鄰系統(tǒng)的距離是以相鄰的系統(tǒng)尾端法蘭與下一個系統(tǒng)始端法蘭之間的距離。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。