流態(tài)化顆粒流對換熱面的傳熱系數(shù)影響的CAT測定
2014-12-30 23:15:43李群松
科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2014年31期
李群松
摘 要：結(jié)合CAT技術(shù)，研制了一套對換熱器在不同工況下的傳熱系數(shù)的測定試驗臺，該試驗臺采用流態(tài)化球顆粒對換熱器進(jìn)行強化傳熱及自動清洗防垢測試，并利用計算機得到的數(shù)據(jù)作為控制反饋各個工藝參數(shù)，如：進(jìn)出口流量、球顆粒濃度、液面高度、結(jié)晶物排放時間等等，使得換熱器始終保持在良好的工作狀態(tài)下運行，實驗結(jié)果表明：該技術(shù)可行，具有極大的研究及工程應(yīng)用價值。
中圖分類號：TK229 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0017-02
換熱器的強化傳熱及自動清洗是業(yè)內(nèi)研究的熱點，吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注，研究表明，傳熱面流態(tài)化球顆粒在換熱管內(nèi)存在高速滾動和相對換熱管壁面的滑動，該種合成運動能對邊界層進(jìn)行直接攪混強化了傳熱，同時也對換熱管進(jìn)行了有效的清洗[1-4]。
文章針對結(jié)晶蒸發(fā)設(shè)備，設(shè)計了一試驗臺。綜合采用了CAT技術(shù)及流態(tài)化球顆粒自動清洗及強化傳熱技術(shù)，使其可以按既可以按要求自動控制其工藝過程，如：進(jìn)料及出料、結(jié)晶物排出時間等等，又能自動控制換熱管清洗的時間，使得設(shè)備始終保持在良好的工況下運行。通過該平臺可以實現(xiàn)對流傳熱系數(shù)的測定，目前，國內(nèi)外還未見此類報道。
1 基本原理
試驗裝置設(shè)計如圖1所示。母液從進(jìn)口管1進(jìn)入蒸發(fā)器，均勻的進(jìn)入換熱管2，加熱蒸汽從管3進(jìn)入殼程，冷凝水從管4出口，底部5為電加熱室，二次蒸汽由羅茨風(fēng)機引出。操作時應(yīng)保證管板上始終有3～5 mm的液面高度，羅茨風(fēng)機液封面必須保證，有最低液面要求（見圖1最低液面指示線7）。底部結(jié)晶物高度達(dá)到指定高度時自動排放。當(dāng)傳熱系數(shù)將至某一值時自動開啟粒子流閥門，球顆粒從頂部進(jìn)口管6均勻的進(jìn)入換熱管，球顆粒在換熱管中作高速滾動，并沿著換熱管壁面作小速度滑動。
在該裝置中需要控制的參數(shù)：（1）蒸汽進(jìn)口溫度。（2）冷凝水出口溫度。（3）羅茨風(fēng)機液封高度（最高與最低）。（4）結(jié)晶體高度。（5）結(jié)晶體排放時間。（6）傳熱系數(shù)k。（7）球顆粒開啟閥門控制。（8）球顆粒回收控制。各個參數(shù)的控制通過不同類型的傳感器進(jìn)行。各傳感器將數(shù)據(jù)采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為計算機信號。
2 參數(shù)控制與處理（測控系統(tǒng)）
2.1 測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
CAT的任務(wù)就是運用智能檢測技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)來測試和調(diào)控傳熱系統(tǒng)的性能。在此過程中，計算機的任務(wù)是：調(diào)節(jié)和控制傳熱參數(shù)，如各進(jìn)出口溫度、壓力、流量等;采集試驗數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)處理;試驗結(jié)果顯示、打印、繪圖，從而實現(xiàn)傳熱系統(tǒng)測試過程的全過程自動化。它具有程序自動控制和人工控制兩種信號輸入方式，采用這種模式的傳熱CAT系統(tǒng)，能夠通過交互作用對系統(tǒng)實行閉環(huán)控制，系統(tǒng)性能優(yōu)越，測試精度高。
2.2 傳感器
傳熱CAT系統(tǒng)涉及了溫度、流量、壓力和液面的檢測，要求各傳感器具有防腐和隔爆功能。
2.3 控制執(zhí)行器
循環(huán)結(jié)晶槽結(jié)晶沉降料位控制采用電動球型開關(guān)閥BQ41F。出于節(jié)能考慮，循環(huán)結(jié)晶槽液面控制擯棄了傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥控制回流的控制手段，采用了變頻控制，執(zhí)行機構(gòu)采用了西門子公司MicroMaster430變頻器。
2.4 數(shù)據(jù)采集卡
數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）負(fù)責(zé)從傳感器自動采集電量信號，送到上位機中進(jìn)行分析和處理。并輸出控制信號給執(zhí)行結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。傳熱CAT系統(tǒng)采用了NI公司的PCI6220數(shù)據(jù)采集卡，通過PCI總線接入個人計算機。
2.5 抗干擾措施
為了保證計算機控制系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地運行，良好的接地系統(tǒng)是必不可少的，不僅供電系統(tǒng)要有良好的接地，更重要的是要為計算機控制系統(tǒng)埋設(shè)專門的接地點，敷設(shè)專門的接地線。本測試系統(tǒng)采用單點接地。
2.6 傳熱系數(shù)的反饋與控制
傳熱系數(shù)K的測定是一個非常重要的環(huán)節(jié)，我們不能直接在儀表上得到它，需要進(jìn)行一系列的計算，準(zhǔn)確的得出與各個參數(shù)的關(guān)聯(lián)式，利用LabVIEW在計算機上數(shù)顯出傳熱系數(shù)的大小。并且還要通過它反饋控制其他的參數(shù)，如閥門的開啟、液位的控制等到。
傳熱系數(shù)K的計算基本方程式為：
其中 K為總傳熱系數(shù)，W/（m2.K）;
S為傳熱面積為設(shè)備常數(shù)，按規(guī)定須以傳熱管外徑面積計算，m2;
Q為傳熱的熱功率，W。其值采用冷卻水通過傳熱管得到的熱功率的實測值，計算式為由于冷卻水的進(jìn)出口溫度相差不大，一般只有3℃左右，有時甚至只有1℃，成為傳熱系數(shù)K測量精度的控制因素。為此建議直接測量兩者的溫差。
式中的V為冷卻水的體積流量，;
為冷卻水的密度，kg/m3;
為冷卻水的比熱，J/（kg.K）;
為傳熱管內(nèi)冷卻水的進(jìn)出口溫度，℃;
為傳熱溫差，℃。由于冷卻水的進(jìn)出口溫度相差不大，因此，對數(shù)平均溫度可以用算數(shù)平均溫度代替，并且誤差很小。因此，有：
為加熱蒸汽的溫度，℃。
因此，與直接測量參數(shù)相關(guān)的傳熱系數(shù)計算式為：
雖然系數(shù)在同一個實驗過程中為常數(shù)，但是對不同物料的實驗卻不是常數(shù)，因此，要求數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有兩個參數(shù)可以人工修改。
3 強化傳熱及自動清洗試驗
3.1 測試平臺試驗結(jié)果
利用該裝置進(jìn)行一系列試驗，得到無顆粒摻入流體及有顆粒（體積比例為2%）摻入的強化傳熱對比圖。顯然，采用流態(tài)化球顆粒強化傳熱及自動清洗效果非常明顯，其強化傳熱效果優(yōu)于傳統(tǒng)的其他管內(nèi)插入件。（見圖2）
3.2 數(shù)值模擬結(jié)果
簡化試驗?zāi)Ｐ停肍LUENT及其組合軟件對系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬得到圖3、圖4。
數(shù)值模擬結(jié)果與測試系統(tǒng)的測試結(jié)果比較吻合，說明裝置的設(shè)計是合理、有效的。
4 結(jié)論
（1）流態(tài)化固體顆粒流對傳熱面強化傳熱效果明顯。
（2）利用該試驗裝置能較準(zhǔn)確的測定傳熱面的傳熱系數(shù)，測試數(shù)據(jù)是有效的，為相關(guān)研究提供了很好的試驗平臺。
參考文獻(xiàn)
[1] 溫娟，丁京偉，齊承英，等.壁面擾流影響邊界層湍流擬序結(jié)構(gòu)及強化傳熱機理的研究[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，38（3）.
[2] 彭德其，支校衡，俞秀民.管口沖推塑料螺旋線自轉(zhuǎn)清洗防垢及其傳熱強化[J].礦機械，2005（9）：29-31.
[3] Deqi PENG，XiaoHeng ZHI， XiuMin YU，et al.Research on vertical water-cooled condensers of fluidized-bed of internal circulation with bubble cap plate[J].The 3rd International Symposium On Heat Transfer Enhancement And Energy Conservation，2004：880-884.
[4] 俞天蘭，彭德其，俞秀民，等.汽輪機冷凝器自轉(zhuǎn)塑料紐帶自動在線連續(xù)除垢防垢技術(shù)研究[J].現(xiàn)代化工，2002（6）：44-46.
摘 要：結(jié)合CAT技術(shù)，研制了一套對換熱器在不同工況下的傳熱系數(shù)的測定試驗臺，該試驗臺采用流態(tài)化球顆粒對換熱器進(jìn)行強化傳熱及自動清洗防垢測試，并利用計算機得到的數(shù)據(jù)作為控制反饋各個工藝參數(shù)，如：進(jìn)出口流量、球顆粒濃度、液面高度、結(jié)晶物排放時間等等，使得換熱器始終保持在良好的工作狀態(tài)下運行，實驗結(jié)果表明：該技術(shù)可行，具有極大的研究及工程應(yīng)用價值。
中圖分類號：TK229 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0017-02
換熱器的強化傳熱及自動清洗是業(yè)內(nèi)研究的熱點，吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注，研究表明，傳熱面流態(tài)化球顆粒在換熱管內(nèi)存在高速滾動和相對換熱管壁面的滑動，該種合成運動能對邊界層進(jìn)行直接攪混強化了傳熱，同時也對換熱管進(jìn)行了有效的清洗[1-4]。
文章針對結(jié)晶蒸發(fā)設(shè)備，設(shè)計了一試驗臺。綜合采用了CAT技術(shù)及流態(tài)化球顆粒自動清洗及強化傳熱技術(shù)，使其可以按既可以按要求自動控制其工藝過程，如：進(jìn)料及出料、結(jié)晶物排出時間等等，又能自動控制換熱管清洗的時間，使得設(shè)備始終保持在良好的工況下運行。通過該平臺可以實現(xiàn)對流傳熱系數(shù)的測定，目前，國內(nèi)外還未見此類報道。
1 基本原理
試驗裝置設(shè)計如圖1所示。母液從進(jìn)口管1進(jìn)入蒸發(fā)器，均勻的進(jìn)入換熱管2，加熱蒸汽從管3進(jìn)入殼程，冷凝水從管4出口，底部5為電加熱室，二次蒸汽由羅茨風(fēng)機引出。操作時應(yīng)保證管板上始終有3～5 mm的液面高度，羅茨風(fēng)機液封面必須保證，有最低液面要求（見圖1最低液面指示線7）。底部結(jié)晶物高度達(dá)到指定高度時自動排放。當(dāng)傳熱系數(shù)將至某一值時自動開啟粒子流閥門，球顆粒從頂部進(jìn)口管6均勻的進(jìn)入換熱管，球顆粒在換熱管中作高速滾動，并沿著換熱管壁面作小速度滑動。
在該裝置中需要控制的參數(shù)：（1）蒸汽進(jìn)口溫度。（2）冷凝水出口溫度。（3）羅茨風(fēng)機液封高度（最高與最低）。（4）結(jié)晶體高度。（5）結(jié)晶體排放時間。（6）傳熱系數(shù)k。（7）球顆粒開啟閥門控制。（8）球顆粒回收控制。各個參數(shù)的控制通過不同類型的傳感器進(jìn)行。各傳感器將數(shù)據(jù)采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為計算機信號。
2 參數(shù)控制與處理（測控系統(tǒng)）
2.1 測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
CAT的任務(wù)就是運用智能檢測技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)來測試和調(diào)控傳熱系統(tǒng)的性能。在此過程中，計算機的任務(wù)是：調(diào)節(jié)和控制傳熱參數(shù)，如各進(jìn)出口溫度、壓力、流量等;采集試驗數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)處理;試驗結(jié)果顯示、打印、繪圖，從而實現(xiàn)傳熱系統(tǒng)測試過程的全過程自動化。它具有程序自動控制和人工控制兩種信號輸入方式，采用這種模式的傳熱CAT系統(tǒng)，能夠通過交互作用對系統(tǒng)實行閉環(huán)控制，系統(tǒng)性能優(yōu)越，測試精度高。
2.2 傳感器
傳熱CAT系統(tǒng)涉及了溫度、流量、壓力和液面的檢測，要求各傳感器具有防腐和隔爆功能。
2.3 控制執(zhí)行器
循環(huán)結(jié)晶槽結(jié)晶沉降料位控制采用電動球型開關(guān)閥BQ41F。出于節(jié)能考慮，循環(huán)結(jié)晶槽液面控制擯棄了傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥控制回流的控制手段，采用了變頻控制，執(zhí)行機構(gòu)采用了西門子公司MicroMaster430變頻器。
2.4 數(shù)據(jù)采集卡
數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）負(fù)責(zé)從傳感器自動采集電量信號，送到上位機中進(jìn)行分析和處理。并輸出控制信號給執(zhí)行結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。傳熱CAT系統(tǒng)采用了NI公司的PCI6220數(shù)據(jù)采集卡，通過PCI總線接入個人計算機。
2.5 抗干擾措施
為了保證計算機控制系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地運行，良好的接地系統(tǒng)是必不可少的，不僅供電系統(tǒng)要有良好的接地，更重要的是要為計算機控制系統(tǒng)埋設(shè)專門的接地點，敷設(shè)專門的接地線。本測試系統(tǒng)采用單點接地。
2.6 傳熱系數(shù)的反饋與控制
傳熱系數(shù)K的測定是一個非常重要的環(huán)節(jié)，我們不能直接在儀表上得到它，需要進(jìn)行一系列的計算，準(zhǔn)確的得出與各個參數(shù)的關(guān)聯(lián)式，利用LabVIEW在計算機上數(shù)顯出傳熱系數(shù)的大小。并且還要通過它反饋控制其他的參數(shù)，如閥門的開啟、液位的控制等到。
傳熱系數(shù)K的計算基本方程式為：
其中 K為總傳熱系數(shù)，W/（m2.K）;
S為傳熱面積為設(shè)備常數(shù)，按規(guī)定須以傳熱管外徑面積計算，m2;
Q為傳熱的熱功率，W。其值采用冷卻水通過傳熱管得到的熱功率的實測值，計算式為由于冷卻水的進(jìn)出口溫度相差不大，一般只有3℃左右，有時甚至只有1℃，成為傳熱系數(shù)K測量精度的控制因素。為此建議直接測量兩者的溫差。
式中的V為冷卻水的體積流量，;
為冷卻水的密度，kg/m3;
為冷卻水的比熱，J/（kg.K）;
為傳熱管內(nèi)冷卻水的進(jìn)出口溫度，℃;
為傳熱溫差，℃。由于冷卻水的進(jìn)出口溫度相差不大，因此，對數(shù)平均溫度可以用算數(shù)平均溫度代替，并且誤差很小。因此，有：
為加熱蒸汽的溫度，℃。
因此，與直接測量參數(shù)相關(guān)的傳熱系數(shù)計算式為：
雖然系數(shù)在同一個實驗過程中為常數(shù)，但是對不同物料的實驗卻不是常數(shù)，因此，要求數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有兩個參數(shù)可以人工修改。
3 強化傳熱及自動清洗試驗
3.1 測試平臺試驗結(jié)果
利用該裝置進(jìn)行一系列試驗，得到無顆粒摻入流體及有顆粒（體積比例為2%）摻入的強化傳熱對比圖。顯然，采用流態(tài)化球顆粒強化傳熱及自動清洗效果非常明顯，其強化傳熱效果優(yōu)于傳統(tǒng)的其他管內(nèi)插入件。（見圖2）
3.2 數(shù)值模擬結(jié)果
簡化試驗?zāi)Ｐ停肍LUENT及其組合軟件對系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬得到圖3、圖4。
數(shù)值模擬結(jié)果與測試系統(tǒng)的測試結(jié)果比較吻合，說明裝置的設(shè)計是合理、有效的。
4 結(jié)論
（1）流態(tài)化固體顆粒流對傳熱面強化傳熱效果明顯。
（2）利用該試驗裝置能較準(zhǔn)確的測定傳熱面的傳熱系數(shù)，測試數(shù)據(jù)是有效的，為相關(guān)研究提供了很好的試驗平臺。
參考文獻(xiàn)
[1] 溫娟，丁京偉，齊承英，等.壁面擾流影響邊界層湍流擬序結(jié)構(gòu)及強化傳熱機理的研究[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，38（3）.
[2] 彭德其，支校衡，俞秀民.管口沖推塑料螺旋線自轉(zhuǎn)清洗防垢及其傳熱強化[J].礦機械，2005（9）：29-31.
[3] Deqi PENG，XiaoHeng ZHI， XiuMin YU，et al.Research on vertical water-cooled condensers of fluidized-bed of internal circulation with bubble cap plate[J].The 3rd International Symposium On Heat Transfer Enhancement And Energy Conservation，2004：880-884.
[4] 俞天蘭，彭德其，俞秀民，等.汽輪機冷凝器自轉(zhuǎn)塑料紐帶自動在線連續(xù)除垢防垢技術(shù)研究[J].現(xiàn)代化工，2002（6）：44-46.
摘 要：結(jié)合CAT技術(shù)，研制了一套對換熱器在不同工況下的傳熱系數(shù)的測定試驗臺，該試驗臺采用流態(tài)化球顆粒對換熱器進(jìn)行強化傳熱及自動清洗防垢測試，并利用計算機得到的數(shù)據(jù)作為控制反饋各個工藝參數(shù)，如：進(jìn)出口流量、球顆粒濃度、液面高度、結(jié)晶物排放時間等等，使得換熱器始終保持在良好的工作狀態(tài)下運行，實驗結(jié)果表明：該技術(shù)可行，具有極大的研究及工程應(yīng)用價值。
中圖分類號：TK229 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0017-02
換熱器的強化傳熱及自動清洗是業(yè)內(nèi)研究的熱點，吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注，研究表明，傳熱面流態(tài)化球顆粒在換熱管內(nèi)存在高速滾動和相對換熱管壁面的滑動，該種合成運動能對邊界層進(jìn)行直接攪混強化了傳熱，同時也對換熱管進(jìn)行了有效的清洗[1-4]。
文章針對結(jié)晶蒸發(fā)設(shè)備，設(shè)計了一試驗臺。綜合采用了CAT技術(shù)及流態(tài)化球顆粒自動清洗及強化傳熱技術(shù)，使其可以按既可以按要求自動控制其工藝過程，如：進(jìn)料及出料、結(jié)晶物排出時間等等，又能自動控制換熱管清洗的時間，使得設(shè)備始終保持在良好的工況下運行。通過該平臺可以實現(xiàn)對流傳熱系數(shù)的測定，目前，國內(nèi)外還未見此類報道。
1 基本原理
試驗裝置設(shè)計如圖1所示。母液從進(jìn)口管1進(jìn)入蒸發(fā)器，均勻的進(jìn)入換熱管2，加熱蒸汽從管3進(jìn)入殼程，冷凝水從管4出口，底部5為電加熱室，二次蒸汽由羅茨風(fēng)機引出。操作時應(yīng)保證管板上始終有3～5 mm的液面高度，羅茨風(fēng)機液封面必須保證，有最低液面要求（見圖1最低液面指示線7）。底部結(jié)晶物高度達(dá)到指定高度時自動排放。當(dāng)傳熱系數(shù)將至某一值時自動開啟粒子流閥門，球顆粒從頂部進(jìn)口管6均勻的進(jìn)入換熱管，球顆粒在換熱管中作高速滾動，并沿著換熱管壁面作小速度滑動。
在該裝置中需要控制的參數(shù)：（1）蒸汽進(jìn)口溫度。（2）冷凝水出口溫度。（3）羅茨風(fēng)機液封高度（最高與最低）。（4）結(jié)晶體高度。（5）結(jié)晶體排放時間。（6）傳熱系數(shù)k。（7）球顆粒開啟閥門控制。（8）球顆粒回收控制。各個參數(shù)的控制通過不同類型的傳感器進(jìn)行。各傳感器將數(shù)據(jù)采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為計算機信號。
2 參數(shù)控制與處理（測控系統(tǒng)）
2.1 測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
CAT的任務(wù)就是運用智能檢測技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)來測試和調(diào)控傳熱系統(tǒng)的性能。在此過程中，計算機的任務(wù)是：調(diào)節(jié)和控制傳熱參數(shù)，如各進(jìn)出口溫度、壓力、流量等;采集試驗數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)處理;試驗結(jié)果顯示、打印、繪圖，從而實現(xiàn)傳熱系統(tǒng)測試過程的全過程自動化。它具有程序自動控制和人工控制兩種信號輸入方式，采用這種模式的傳熱CAT系統(tǒng)，能夠通過交互作用對系統(tǒng)實行閉環(huán)控制，系統(tǒng)性能優(yōu)越，測試精度高。
2.2 傳感器
傳熱CAT系統(tǒng)涉及了溫度、流量、壓力和液面的檢測，要求各傳感器具有防腐和隔爆功能。
2.3 控制執(zhí)行器
循環(huán)結(jié)晶槽結(jié)晶沉降料位控制采用電動球型開關(guān)閥BQ41F。出于節(jié)能考慮，循環(huán)結(jié)晶槽液面控制擯棄了傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥控制回流的控制手段，采用了變頻控制，執(zhí)行機構(gòu)采用了西門子公司MicroMaster430變頻器。
2.4 數(shù)據(jù)采集卡
數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）負(fù)責(zé)從傳感器自動采集電量信號，送到上位機中進(jìn)行分析和處理。并輸出控制信號給執(zhí)行結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。傳熱CAT系統(tǒng)采用了NI公司的PCI6220數(shù)據(jù)采集卡，通過PCI總線接入個人計算機。
2.5 抗干擾措施
為了保證計算機控制系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地運行，良好的接地系統(tǒng)是必不可少的，不僅供電系統(tǒng)要有良好的接地，更重要的是要為計算機控制系統(tǒng)埋設(shè)專門的接地點，敷設(shè)專門的接地線。本測試系統(tǒng)采用單點接地。
2.6 傳熱系數(shù)的反饋與控制
傳熱系數(shù)K的測定是一個非常重要的環(huán)節(jié)，我們不能直接在儀表上得到它，需要進(jìn)行一系列的計算，準(zhǔn)確的得出與各個參數(shù)的關(guān)聯(lián)式，利用LabVIEW在計算機上數(shù)顯出傳熱系數(shù)的大小。并且還要通過它反饋控制其他的參數(shù)，如閥門的開啟、液位的控制等到。
傳熱系數(shù)K的計算基本方程式為：
其中 K為總傳熱系數(shù)，W/（m2.K）;
S為傳熱面積為設(shè)備常數(shù)，按規(guī)定須以傳熱管外徑面積計算，m2;
Q為傳熱的熱功率，W。其值采用冷卻水通過傳熱管得到的熱功率的實測值，計算式為由于冷卻水的進(jìn)出口溫度相差不大，一般只有3℃左右，有時甚至只有1℃，成為傳熱系數(shù)K測量精度的控制因素。為此建議直接測量兩者的溫差。
式中的V為冷卻水的體積流量，;
為冷卻水的密度，kg/m3;
為冷卻水的比熱，J/（kg.K）;
為傳熱管內(nèi)冷卻水的進(jìn)出口溫度，℃;
為傳熱溫差，℃。由于冷卻水的進(jìn)出口溫度相差不大，因此，對數(shù)平均溫度可以用算數(shù)平均溫度代替，并且誤差很小。因此，有：
為加熱蒸汽的溫度，℃。
因此，與直接測量參數(shù)相關(guān)的傳熱系數(shù)計算式為：
雖然系數(shù)在同一個實驗過程中為常數(shù)，但是對不同物料的實驗卻不是常數(shù)，因此，要求數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有兩個參數(shù)可以人工修改。
3 強化傳熱及自動清洗試驗
3.1 測試平臺試驗結(jié)果
利用該裝置進(jìn)行一系列試驗，得到無顆粒摻入流體及有顆粒（體積比例為2%）摻入的強化傳熱對比圖。顯然，采用流態(tài)化球顆粒強化傳熱及自動清洗效果非常明顯，其強化傳熱效果優(yōu)于傳統(tǒng)的其他管內(nèi)插入件。（見圖2）
3.2 數(shù)值模擬結(jié)果
簡化試驗?zāi)Ｐ停肍LUENT及其組合軟件對系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬得到圖3、圖4。
數(shù)值模擬結(jié)果與測試系統(tǒng)的測試結(jié)果比較吻合，說明裝置的設(shè)計是合理、有效的。
4 結(jié)論
（1）流態(tài)化固體顆粒流對傳熱面強化傳熱效果明顯。
（2）利用該試驗裝置能較準(zhǔn)確的測定傳熱面的傳熱系數(shù)，測試數(shù)據(jù)是有效的，為相關(guān)研究提供了很好的試驗平臺。
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