CN103091119B - 一种液体空化加热设备输出热效率测试方法及装置 - Google Patents
一种液体空化加热设备输出热效率测试方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种液体空化加热设备输出热效率测试装置，主要包括：在液体空化加热设备与动力电源之间安装有功率计；液体空化加热设备进水口安装有第一温度传热器；液体空化加热设备的供热出水口安装有第二温度传感器；液体空化热设备的供热出水口通过测量热水流量的流量计连接至换热器的热水进口，换热器的热水出口连接容器罐，容器罐的出水口连接液体空化加热设备的进水口；换热器的冷却水进口连接至冷水机的冷却水出口，换热器的冷却水出口连接至冷水机的冷却水进口，以形成循环；第一温度传感器、第二温度传感器、流量计和功率计均连接至数据采集仪，数据采集仪与一计算机连接。本发明可以实现液体空化加热设备输出热效率在不同工作温度下的精确测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体空化加热设备输出热效率测试方法。
本发明还涉及一种实现上述测试方法的装置。
背景技术
液体空化技术被誉为二十一世纪崛起的新技术，受到发达国家的高度重视。空化过程伴随空化泡的形成、生长及溃灭，空化泡急速溃灭瞬间在其周围极小范围内会产生局部高温(104K量级)、高压(105atm量级)，形成所谓的“热点”，并伴随有强烈冲击波和高速射流(102m/s量级)。由于空化泡溃灭时间为微秒量级，这种极端高温、高压、高射流以每秒数万次连续作用，从而引发各种空化效应，如湍流效应、热效应、化学效应、界面效应及聚能效应等。目前市场上已有许多基于液体空化热效应原理的加热设备，由于其具有分布式加热供暖的优势，且水电分离，具有安全环保、无污染等特点，已应用于禁止明火的区域供暖、工业加热、分布式石油热采等。液体空化加热设备的输出热效率是一个重要指标，该指标的高低直接影响了设备运行成本，目前关于液体空化加热设备的输出热效率测试并没有统一标准，常用的一种测试方式是基于液体吸收显热的瞬态温度变化测试方法，采用固定体积的水通过液体空化加热设备进行加热，记录不同时间的温度变化，根据水的比热容、体积及温度变化获得加热功率，然后与输入功率相除获得系统加热效率。由于瞬态测量中没有考虑金属容器的吸热，瞬态温度变化存在记录误差，以及加热的延时性，因此瞬态热效率测试方法与实际热效率存在较大误差，且不能获得某工作温度对应的准确输出热效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体空化加热设备输出热效率测试装置。
本发明的又一目的在于提供一种利用上述测试装置实现液体空化加热设备输出热效率的方法。
为实现上述方法，本发明提供的液体空化加热设备输出热效率测试装置主要包括：
在液体空化加热设备(3)与动力电源(1)之间安装有功率计(2)，以测量液体空化加热设备工作过程中的有效输入电功率；
液体空化加热设备(3)进水口安装有第一温度传热器(6)，以测量进水口的水温；
液体空化加热设备(3)的供热出水口安装有第二温度传感器(7)，以测量供热出水的水温；
液体空化热设备(3)的供热出水口通过测量热水流量的流量计(8)连接至换热器(9)的热水进口，换热器(9)的热水出口连接容器罐(4)，容器罐(4)的出水口连接液体空化加热设备(3)的进水口；
换热器(9)的冷却水进口连接至冷水机(13)的冷却水出口，换热器(9)的冷却水出口连接至冷水机(13)的冷却水进口，以形成循环；
第一温度传感器(6)、第二温度传感器(7)、流量计(8)和功率计(2)均连接至数据采集仪(14)，数据采集仪(14)与一计算机(15)连接。
所述的液体空化加热设备输出热效率测试装置，其中，换热器(9)的热水出口安装有第三温度传感器(10)。
所述的液体空化加热设备输出热效率测试装置，其中，冷水机(13)的冷却水出口安装有电动三通调节阀(12)，以调节进入换热器(9)内的冷却水流量，改变换热器(9)热水侧的出口温度。
所述的液体空化加热设备输出热效率测试装置，其中，电动三通调节阀(12)和第三温度传感器(10)连接至PID控制器(11)。
所述的液体空化加热设备输出热效率测试装置，其中，容器罐(4)安装有球阀(5)。
本发明提供的利用上述液体空化加热设备输出热效率测试装置进行测试的方法：
在测试某一工作温度下的输出热效率时，首先在容器罐(4)内注入水，开启液体空化加热设备(3)，在PID控制器(11)内设置该工作温度值为目标温度，通过数据采集仪(14)在计算机(15)内监测第一温度传感器(6)和第二温度传感器(7)所测温度、流量计(8)所测流量和功率计(2)所测有效输入功率的变化曲线；
当两个温度传感器所测温度变化平稳后，开始记录数据，记录一段时间后停止记录，通过数据分析处理获得空化加热设备在该工作温度下的输出热效率。
所述的方法，其中，PID控制器(11)根据第三温度传感器(10)测量温度作为反馈温度与设定的目标温度进行对比并输出控制信号，控制电动三通调节阀(12)调节进入换热器(9)的冷却水流量，将液体空化加热设备(3)提供的热水经过换热器(9)后稳定在某一设定值。
所述的方法，其中，液体空化加热设备(3)在该工作温度下的输出热效率。通过下式1计算：
式中：
ρ为液体空化加热设备(3)工作温度下的液体密度，单位为kg/m3；为记录时间段内液体空化加热设备(3)提供的平均热水流量，单位为m3/s；
Cp工作温度条件下液体比热容，单位为J/(kg·℃)；为第二温度传感器(7)在记录时间段内的平均温度值，单位为℃；为第一温度传感器(6)在记录时间段内的平均温度值，单位为℃；为记录时间段内液体空化加热设备(3)输入的平均有效电功率，单位为W。
本发明采用稳态测试手段，实现液体空化加热设备输出热效率在不同工作温度下的精确测量，具有以下优点：
1)精确获得液体空化加热设备的输出热效率；
2)获得不同工作温度下的输出热效率。
附图说明
图1是本发明液体空化加热设备输出热效率测试装置示意图。
具体实施方式
如图1所示，为液体空化加热设备3的输出热效率测试方法与装置，在液体空化加热设备3与动力电源1之间装有功率计2，用来测量液体空化加热设备工作过程中的有效输入电功率，液体空化加热设备进口处安装温度传热器6(热电阻、热电偶等)测量其进口水温度，液体空化加热设备3的供热出口安装温度传感器7(热电阻、热电偶等)测量其供热水温度。液体空化热设备提供的热水流量通过流量计8进行测量，然后经过换热器9将液体空化加热设备3提供的热水与冷水机13提供的冷水进行热量交换带走空化加热设备3提供的热量，经过冷却后的水温度通过温度传感器10进行测量，然后注入容器罐4，球阀5为容器罐4的排水阀。
冷水机13提供的冷却水出口温度可在5-20℃之间设置，冷水机13提供的冷却水经过电动三通调节阀12后，调节进入换热器9内的冷却水流量，以改变换热器9热水侧的出口温度。PID控制器11根据温度传感器10测量温度作为反馈温度与设定的目标温度进行对比并输出控制信号，控制电动三通调节阀12动作，调节进入换热器9的冷却水流量，实现液体空化加热设备提供的热水经过换热器后稳定在某一设定值。本发明中电动三通调节阀12也可以通过手动调节，根据温度传感器10所测温度值的变化，缓慢旋转电动三通调节阀12上的手柄，调节热水侧换热器9的出口温度稳定在某一需要值。
在测试某一工作温度下的输出热效率时，首先在容器罐4内注入充足的水，开启空化加热设备3，在PID控制器11内设置该工作温度值为目标温度，通过数据采集仪14实时采集记录温度传感器6和7所测温度，流量计8所测流量，以及功率计2所测液体空化加热设备的有效输入电功率，将采集记录数据实时输入计算机15，在计算机15内可以监测温度传感器6和7所测温度，流量计8所测流量和功率计2所测有效输入功率的变化曲线。当温度传感器6和7所测温度变化基本平稳后，开始记录数据，记录某一段时间后，停止记录。然后通过数据分析处理获得空化加热设备在该工作温度下的输出热效率，具体计算公式如下：
ρ为液体空化加热设备工作温度下的液体密度，单位为kg/m3；为记录时间段内空化加热设备提供的平均热水流量，单位为m3/s；Cp工作温度条件下液体比热容，单位为J/(kg·℃)；为温度传感器7在记录时间段内的平均温度值，单位为℃；为温度传感器6在记录时间段内的平均温度值，单位为℃；为记录时间段内空化加热设备输入的平均有效电功率，单位为W。
为了安全要求，本发明的测试系统中高温管道段需要包覆隔热材料，但隔热材料的包覆与否并不影响本发明的输出热效率的测量结果。
Claims (8)
1.一种液体空化加热设备输出热效率测试装置，主要包括：
在液体空化加热设备(3)与动力电源(1)之间安装有功率计(2)，以测量液体空化加热设备工作过程中的有效输入电功率；
液体空化加热设备(3)进水口安装有第一温度传感器(6)，以测量进水口的水温；
液体空化加热设备(3)的供热出水口安装有第二温度传感器(7)，以测量供热出水的水温；
液体空化加热设备(3)的供热出水口通过测量热水流量的流量计(8)连接至换热器(9)的热水进口，换热器(9)的热水出口连接容器罐(4)，容器罐(4)的出水口连接液体空化加热设备(3)的进水口；
换热器(9)的冷却水进口连接至冷水机(13)的冷却水出口，换热器(9)的冷却水出口连接至冷水机(13)的冷却水进口，以形成循环；
第一温度传感器(6)、第二温度传感器(7)、流量计(8)和功率计(2)均连接至数据采集仪(14)，数据采集仪(14)与一计算机(15)连接。
2.根据权利要求1所述的液体空化加热设备输出热效率测试装置，其中，换热器(9)的热水出口安装有第三温度传感器(10)。
3.根据权利要求1所述的液体空化加热设备输出热效率测试装置，其中，冷水机(13)的冷却水出口安装有电动三通调节阀(12)，以调节进入换热器(9)内的冷却水流量，改变换热器(9)热水侧的出口温度。
4.根据权利要求1、2或3所述的液体空化加热设备输出热效率测试装置，其中，电动三通调节阀(12)和第三温度传感器(10)连接至PID控制器(11)。
5.根据权利要求1所述的液体空化加热设备输出热效率测试装置，其中，容器罐(4)安装有球阀(5)。
6.利用权利要求1所述的液体空化加热设备输出热效率测试装置进行测试的方法：
在测试某一工作温度下的输出热效率时，首先在容器罐(4)内注入水，开启液体空化加热设备(3)，在PID控制器(11)内设置该工作温度值为目标温度，通过数据采集仪(14)在计算机(15)内监测第一温度传感器(6)和第二温度传感器(7)所测温度、流量计(8)所测流量和功率计(2)所测有效输入功率的变化曲线；
当两个温度传感器所测温度变化平稳后，开始记录数据，记录一段时间后停止记录，通过数据分析处理获得液体空化加热设备(3)在该工作温度下的输出热效率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，PID控制器(11)根据第三温度传感器(10)测量温度作为反馈温度与设定的目标温度进行对比并输出控制信号，控制电动三通调节阀(12)调节进入换热器(9)的冷却水流量，将液体空化加热设备(3)提供的热水经过换热器(9)后稳定在某一设定值。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，液体空化加热设备(3)在该工作温度下的输出热效率，通过下式1计算：
式中：
ρ为液体空化加热设备(3)工作温度下的液体密度，单位为kg/m3；
为记录时间段内液体空化加热设备(3)提供的平均热水流量，单位为m3/s；
Cp工作温度条件下液体比热容，单位为J/(kg·℃)；
为第二温度传感器(7)在记录时间段内的平均温度值，单位为℃；
为第一温度传感器(6)在记录时间段内的平均温度值，单位为℃；
为记录时间段内液体空化加热设备(3)输入的平均有效电功率，单位为W。
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