测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置，其包括，根据气流流动方向从左向右依次包括：减小气流从外界进入装置后产生漩涡的进气导风段、稳定从所述进气导风段流出气流的稳定气流段、测量从所述稳定气流段流出气流质量流量的质量流量测量段、加热从所述质量流量测量段流出气流并测量加热前后气流温度的温度测量段及将从所述温度测量段流出气流平稳导出至外界的出气导风段。通过本实用新型专利技术提供的测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置不但实现了在准稳态下测量努塞尔数的目的，而且便于快速计算对流换热系数、不使用蒸汽加热、热阻较小、换热状态稳定且测量精确。

Device for measuring Nusselt number of heated rod cluster with forced convection

The utility model provides a device for measuring the Nusselt number of a cluster of forced convection heating rods, which comprises an inlet air guide section which reduces the swirl of the air flow from the outside into the device, a stable air flow section which stabilizes the air flow from the inlet air guide section, and a stable air flow section from the measurement of the stability according to the direction of the air flow from left to right. The mass flow measuring section of the outflow mass flow in the air flow section, the temperature measuring section for heating the outflow gas from the mass flow measuring section and measuring the temperature of the air flow before and after heating, and the outflow gas from the temperature measuring section are smoothly derived to the outflow guide section outside. The device provided by the utility model for measuring the Nusselt number of the forced convection heating rod cluster not only achieves the purpose of measuring the Nusselt number in quasi-steady state, but also facilitates the rapid calculation of the convection heat transfer coefficient, the non-use of steam heating, the small thermal resistance, the stable heat transfer state and the accurate measurement.

【技术实现步骤摘要】
测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置
本技术涉及一种测量装置，特别涉及一种测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置。
技术介绍
在传热学的教学和学习中，无量纲的准则数和准则关联式是本科甚至研究生学习阶段的重点和难点，努塞尔数(Nu数)是传热学中的无量纲准则数，物理意义为是表示对流换热强烈程度的一个准数，又表示流体层流底层的导热阻力与对流传热阻力的比。在计算努塞尔数(Nu数)的过程中，需要计算对流换热系数(α数)，而直接计算对流换热系数十分麻烦并且误差较大；而且现有技术中测量努塞尔数(Nu数)是采用蒸汽加热空心肋片管簇，通过肋片管向空气中散热测量强迫对流加热棒簇努塞尔数(Nu数)，这种装置有以下缺点：1、很难达到准稳态，测量过程空气换热状态不稳定；2、蒸汽加热有一定的滞后性；3、空心肋片管加热空气时热阻较大。因此采用蒸汽加热空心肋片管簇的测量装置对流换热系数(α数)影响因素过多，不易进行准确测量。综上所述，一种便于快速计算对流换热系数、不使用蒸汽加热、热阻较小、换热状态稳定且测量精确的测量努塞尔数装置亟待开发。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种便于快速计算对流换热系数、不使用蒸汽加热、热阻较小、换热状态稳定且测量精确的测量努塞尔数装置。为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置根据气流流动方向从左向右依次包括：减小气流从外界进入装置后产生漩涡的进气导100、稳定从所述进气导风段100流出气流的稳定气流段200、测量从所述稳定气流段200流出气流质量流量的质量流量测量段300、加热从所述质量流量测量段300流出气流并测量加热前后气流温度的温度测量段400及将从所述温度测量段400流出气流平稳导出至外界的出气导风段500；其中，迫使气流在装置内部快速流动的风机600设于所述进气导风段进风处或所述出气导风段出风处；所述进气导风段100、所述稳定气流段200、所述质量流量测量段300、所述温度测量段400及所述出气导风段500的长度比为1:3:4:3:2～1:8:10:8:6。优选的，所述稳定气流段200上设有一测量其内气流温度的稳定段温度探头201，所述稳定段温度探头201与稳定段温度计电连接；所述质量流量测量段300上设有测量其内气流压力的压力测量机构；所述温度测量段400设有加热其内气流的加热机构及测量其内气流温度的温度测量机构；在所述稳定气流段200、所述质量流量测量段300、所述温度测量段400及所述出气导风段500外壁均覆有绝热材料。优选的，所述进气导风段100为喇叭渐缩流线型，进气导风段出口处圆弧的切线与水平方向夹角为30～50°。优选的，所述质量流量测量段300从左向右依次包括圆筒段301、喇叭形渐缩段302及喇叭形渐扩段303；所述圆筒段301的长度与直径的比为1：1～1：2；喇叭形渐缩段入口处与其出口处的直径比为3：1～4：1；所述压力测量机构包括设于圆筒段301上的第一压力探头304及设于喇叭形渐缩段302与喇叭形渐扩段303衔接处的第二压力探头305；所述第一压力探头304、所述第二压力探头305分别与第一压力计、第二压力计电连接。优选的，所述温度测量机构包括从左向右依次设于所述温度测量段400上测量未经所述加热机构加热气流温度的前向测温探头401、测量所述加热机构加热温度的加热温度探头402及测量已经所述加热机构加热气流温度的后向测温探头403；所述前向测温探头401、加热温度探头402、及所述后向测温探头403分别与前向温度计、加热温度计及后向温度计相连；所述加热机构包括由若干已知温度系数光滑实心金属加热棒416垂直于气流流动方向平行排列设于所述温度测量段400内而构成且与加热温度探头402连接的加热棒簇415及加热所述加热棒簇415的加热器；所述加热器与由加热电源、设有功率调节旋钮411的功率调节器412、电压计413及电流计414组成的回路电连接。优选的，所述加热棒簇415由若干加热棒组平行等距排列而成，每个所述加热棒组由若干已知温度系数光滑实心金属加热棒416沿垂直于加热棒组排列方向直线平行等距排列，相邻两个加热棒组的加热棒416呈交错排列；相邻两个加热棒组及同一加热棒组中相邻两个加热棒416的间距均为2～3cm；所述加热棒簇415中设有4～5个所述加热棒组，每个所述加热棒组中设有4～6根所述加热棒416。优选的，所述稳定气流段出风处及所述温度测量段400进风处各设有一整流格栅700，所述整流格栅700由若干平行排列的横隔板701、纵隔板702垂直交叉连接而成，所述横隔板701、所述纵隔板702将所述整流格栅700分割成70～100个整流小单元703。优选的，所述出气导风段500由圆锥渐缩状软材料制成，所述软材料为帆布。优选的，所述风机600为一变频离心风机。如上所述，本技术所述测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置具有以下有益效果：1、本技术中进气导风段采用喇叭形渐缩流线型状，进气导风段出口处圆弧的切线与水平方向夹角为30～50°，很大程度上减小空气进入风道的局部阻力，更加有利于气体在能量损失较小的状态下进入风道，减小进口后风道中涡旋气流区域，为流量的精确测量及快速达到准稳态创造更好的条件；经过一段相应比例长度的直线圆筒状稳定气流段减速稳定后流入质量流量测量段；2、本技术中采用多个连续的变径段且其长度控制在一定比例范围内，保证了在装置内的气流尽量集中在轴线附近快速稳定流动，利于装置加快达到准稳态；3、本技术将装置外壁全部覆盖绝热材料，最大限度减小热损失，有利于快速达到准稳态及提高测量精度；4、本技术中风机(尤其是离心风机)的进口短距离内存在着较强的扰动气流，会形成一定的涡流区，导致管段截面上气流速度呈无规律分布，使得出口(或吸入口)管段上风量测试时的准确度难以保证，在有限的出风口(或吸入口)直管段距离情况下，采用设置整流格栅的方法减小管截面上的横向流和流场畸变度，使得旋转涡流消失，以形成稳定流动，选型得当，效果较好时，会使风道内流速的分布更为集中且变化较小，对风量测量十分有利；采用整流罩两次整流，使流动状态快速趋于稳定达到准稳态，快速减小了气流掠过加热棒簇时测量努塞尔数的影响因素从而提高测量精度；5、本技术中质量流量测量段采用先收缩而后逐渐扩大的结构，喇叭形渐缩段加快气体流速，气流压力产生变化，通过压力差容易计算气流的质量流量，喇叭形渐扩段使流体逐渐减速，减小了湍流度，压力损失小；质量流量测量段减小了段内阻力，提高了流量测量的精度，虽然也可用现有的流量计测量，但当气流通过时能量损失较大，测量精度易受较大影响；6、本技术将出气导风段设置成软连接且变径，为防止风机在长时间运行过程中产生的震动，对装置内的风道及装置与风机连接处造成密封破坏而影响气流稳定，同时使风道的尺寸、断面形状与风机进口的尺寸、断面便于连接；同时也防止加热后空气与风道摩擦造成的能量损失而减小紊流度，有助于装置快速达到准稳态且提高了测量精度；7、本技术采用光滑加热棒簇直接通电加热且呈规则排列，避免了过多热阻的影响，无滞后性，换热状态稳定，提高流体紊流度从而有利于增大对流换热系数，能提前达到准稳态，提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置，其特征在于，根据气流流动方向从左向右依次包括：减小气流从外界进入装置后产生漩涡的进气导风段、稳定从所述进气导风段流出气流的稳定气流段、测量从所述稳定气流段流出气流质量流量的质量流量测量段、加热从所述质量流量测量段流出气流并测量加热前后气流温度的温度测量段及将从所述温度测量段流出气流平稳导出至外界的出气导风段；其中，迫使气流在装置内部快速流动的风机设于所述进气导风段进风处或所述出气导风段出风处；所述进气导风段、所述稳定气流段、所述质量流量测量段、所述温度测量段及所述出气导风段的长度比为1:3:4:3:2～1:8:10:8:6。

【技术特征摘要】
1.一种测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置，其特征在于，根据气流流动方向从左向右依次包括：减小气流从外界进入装置后产生漩涡的进气导风段、稳定从所述进气导风段流出气流的稳定气流段、测量从所述稳定气流段流出气流质量流量的质量流量测量段、加热从所述质量流量测量段流出气流并测量加热前后气流温度的温度测量段及将从所述温度测量段流出气流平稳导出至外界的出气导风段；其中，迫使气流在装置内部快速流动的风机设于所述进气导风段进风处或所述出气导风段出风处；所述进气导风段、所述稳定气流段、所述质量流量测量段、所述温度测量段及所述出气导风段的长度比为1:3:4:3:2～1:8:10:8:6。2.根据权利要求1所述的测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置，其特征在于，所述稳定气流段上设有一测量其内气流温度的稳定段温度探头，所述稳定段温度探头与稳定段温度计电连接；所述质量流量测量段上设有测量其内气流压力的压力测量机构；所述温度测量段设有加热其内气流的加热机构及测量其内气流温度的温度测量机构；在所述稳定气流段、所述质量流量测量段、所述温度测量段及所述出气导风段外壁均覆有绝热材料。3.根据权利要求1或2所述的测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置，其特征在于，所述进气导风段为喇叭渐缩流线型，进气导风段出口处圆弧的切线与水平方向夹角为30～50°。4.根据权利要求2所述的测量强迫对流加热棒簇努塞尔数的装置，其特征在于，所述质量流量测量段从左向右依次包括圆筒段、喇叭形渐缩段及喇叭形渐扩段；所述圆筒段的长度与直径的比为1：1～1：2；喇叭形渐缩段入口处与其出口处的直径比为3：1～4：1；所述压力测量机构包括设于圆筒段上的第一压力探头及设于喇叭形渐缩段与喇叭形渐扩段衔接处的第二压力探头；所述第一压力探头、所述第二压力探头分别与第一压力计、第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：程向明，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32