用于研究横流填料成型片水流特性的装置论文和设计

全文摘要

本实用新型涉及一种用于研究横流填料成型片水流特性的装置，实验腔上端面与布水槽连接并连通，下端面没入集水槽的水面内，实验腔一侧的端面与横流风道连接并连通，横流风道上端面设有均压腔，均压腔上端面上设有多个风机，布水槽内贯穿有一根均布小孔的布水管，水泵的进水口与集水槽连接并连通，水泵的出水口经调节阀和水流量计后通过水管路从布水槽对应实验腔的底板侧的两端连接到布水槽内的布水管上；面板的上部水平布置有多个示踪剂注入孔。将单张横流填料成型片处在不同的水流量和风速条件下，通过拍摄示踪剂在横流填料成型片单侧表面的扩散角以及记录示踪剂从实验腔观察面的注入孔流过一定距离所需的时间，来预判填料成型片换热性能的优劣。

主设计要求

1.一种用于研究横流填料成型片水流特性的装置，由风机(13)、均压腔(14)、横流风道(17)、实验腔(19)、集水槽(20)、布水槽(12)、水泵(1)、水流量调节阀(2)、水流量计(3)、水管路(8)、及实验台支架(18)组成，其特征在于：所述实验腔(19)由底板(7)和透明有机玻璃的面板(6)构成，所述实验腔(19)上端面与布水槽(12)连接并连通，下端面没入集水槽(20)的水面内，所述实验腔(19)一侧的端面与横流风道(17)连接并连通，另一侧端面敞开作为进风口(5)，所述横流风道(17)上端面设有均压腔(14)，均压腔(14)上端面上设有多个风机(13)，下颈部设有多个可关闭的风速测量口(15)；所述布水槽(12)为空腔结构，四周和上端面均封闭，布水槽(12)内贯穿有一根均布小孔的布水管(11)，所述水泵(1)的进水口与集水槽(20)连接并连通，所述水泵(1)的出水口经调节阀(2)和水流量计(3)后通过水管路(8)从布水槽(12)对应实验腔(19)的底板(7)侧的两端连接到布水槽(12)内的布水管(11)上；所述透明有机玻璃的面板(6)的上部水平布置有多个示踪剂注入孔(16)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的用于研究横流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述实验腔(19)的底板(7)上固定被测的横流填料成型片(9)，所述横流填料成型片(9)的上边沿比底板(7)上边低5～8cm，左右相对于实验腔(19)居中，且不与透明有机玻璃的面板(6)接触。

3.根据权利要求2所述的用于研究横流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：当横流填料成型片(9)比底板(7)高度短时，所述横流填料成型片(9)下边沿至集水槽(20)的高度范围内在进风口(5)上加封板(4)。

4.根据权利要求2所述的用于研究横流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述实验腔(19)的大小为横流填料成型片(9)最大尺寸的1.2～1.5倍；所述底板(7)和面板(6)的间距根据成型片(9)的波高可调，且底板(7)和面板(6)的间距比成型片(9)的波高大3～5mm。

5.根据权利要求1所述的用于研究横流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述布水管(11)上包裹纱布(10)，纱布(10)的自由端伸到被测的横流填料成型片(9)测试表面的上端，纱布(10)与被测的横流填料成型片(9)的有效布水径深相等，使水流能够均匀地分布到被测的横流填料成型片(9)的该侧表面。

6.根据权利要求1所述的用于研究横流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述布水管(11)上均布2～3mm的小孔，小孔的中心距2～3cm。

7.根据权利要求1所述的用于研究横流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述布水槽(12)的上端面设有可打开的端盖，以便在实验时将布水管(11)上不在横流填料成型片(9)的有效布水径深对应范围内的小孔用胶带封闭。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种研究冷却塔水流特性的装置，尤其是一种用于研究横流填料成型片水流特性的装置。

背景技术

冷却塔是利用水与空气的蒸发与传热来冷却循环水以排放工艺系统废热的装置。膜片式填料是冷却塔的核心部件，其作用是将热水在其表面分布成流动的水膜，以增加水和空气的接触面积和接触时间，即增加水和空气的热交换强度。

按填料上水与空气的流向不同分为逆流填料和横流填料。单张的横流填料称为成型片，在一定的水流量和风量条件下，水在成型片上流动的扩散性越好，停留时间越长，水与空气的接触就越充分，所以水流的扩散角和在单位高度内的停留时间是横流填料成型片水流特性的两个指标，可以表征成型片的散热能力，其大小与成型片的波形及表面亲疏水性等相关。

对横流填料成型片来说，水流方向自上而下，气流方向顺着成型片表面的水平方向基本与水流方向垂直，所以定义竖直方向为填料的高度方向，顺着成型片表面的水平方向为填料的径深方向，垂直于成型片表面的水平方向为填料的波高方向。一般成型片的高度为1～5m，径深为0.7～1.3m，波高为16～40mm。

为了研究横流填料成型片水流特性，需要一种用于研究液膜在横流填料成型片上水流扩散角及停留时间的实验装置和实验方法，

发明内容

本实用新型是要提供一种用于研究横流填料成型片水流特性的装置，将单张横流填料成型片处在不同的水流量和风速条件下，通过拍摄示踪剂在横流填料成型片单侧表面的扩散角以及记录示踪剂从实验腔观察面的注入孔流过一定距离所需的时间，来预判填料成型片换热性能的优劣。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种用于研究横流填料成型片水流特性的装置，由风机、均压腔、横流风道、实验腔、集水槽、布水槽、水泵、水流量调节阀、水流量计、水管路、及实验台支架组成，所述实验腔由底板和透明有机玻璃的面板构成，所述实验腔上端面与布水槽连接并连通，下端面没入集水槽的水面内，所述实验腔一侧的端面与横流风道连接并连通，另一侧端面敞开作为进风口，所述横流风道上端面设有均压腔，均压腔上端面上设有多个风机，下颈部设有多个可关闭的风速测量口；所述布水槽为空腔结构，四周和上端面均封闭，布水槽内贯穿有一根均布小孔的布水管，所述水泵的进水口与集水槽连接并连通，所述水泵的出水口经调节阀和水流量计后通过水管路从布水槽对应实验腔的底板侧的两端连接到布水槽内的布水管上；所述透明有机玻璃的面板的上部水平布置有多个示踪剂注入孔。

进一步，所述实验腔的底板上固定被测的横流填料成型片，所述横流填料成型片的上边沿比底板上边低5～8cm，左右相对于实验腔居中，且不与透明有机玻璃的面板接触。

进一步，当横流填料成型片比底板高度短时，所述横流填料成型片下边沿至集水槽的高度范围内在进风口上加封板。

进一步，所述实验腔的大小为横流填料成型片最大尺寸的1.2～1.5倍；所述底板和面板的间距根据成型片的波高可调，且底板和面板的间距比成型片的波高大3～5mm。

进一步，所述布水管上包裹纱布，纱布的自由端伸到被测的横流填料成型片测试表面的上端，纱布与被测的横流填料成型片的有效布水径深相等，使水流能够均匀地分布到被测的横流填料成型片的该侧表面。

进一步，所述布水管上均布2～3mm的小孔，小孔的中心距2～3cm。

进一步，所述布水槽的上端面设有可打开的端盖，以便在实验时将布水管上不在横流填料成型片的有效布水径深对应范围内的小孔用胶带封闭。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型是选择从水在横流填料成型片表面流动的扩散角和水膜停留时间预判填料的散热性能，实验成本低，操作简便，快速有效，可用于横流填料初期开发的比对，能够大大缩短开发时间和节省开发费用。

附图说明

图1为本实用新型的用于研究横流填料成型片水流特性的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种用于研究横流填料成型片水流特性的装置，主要由风机13(带调速器)、均压腔14、横流风道17、实验腔19、集水槽20、布水槽12、水泵1、水流量调节阀2、水流量计3、水管路8、及实验台支架18组成。另用风速仪测量风速。

实验腔19由底板7和透明有机玻璃的面板6构成窄长形的空间，其上端面与布水槽12连接并连通、下端面没入集水槽20的水面内，一侧的端面与横流风道17连接并连通，另一侧端面敞开作为进风口5。实验腔19的大小为横流填料成型片9最大尺寸的1.2～1.5倍。底板7和面板6的间距根据成型片9的波高可调(通过连接法兰上的腰型孔调节)，底板7和面板6的间距需比成型片9的波高大3～5mm。

被测填料的成型片9固定在实验腔19的底板7上，成型片9的上边沿比底板7上边低5～8cm，左右相对于实验腔19居中，且不与透明有机玻璃的面板6接触。当成型片9比底板7高度较短时，在成型片9下边沿至集水槽20的高度范围内在进风口5上加封板4。

布水槽12设计为空腔结构，除下端面与实验腔19连接并连通外，其它各面均封闭。槽内贯穿有一根均布小孔的布水管11，布水管11上包裹纱布10，纱布10的自由端伸到被测填料成型片9测试表面的上端，纱布10与被测填料成型片9的有效布水径深(即不含进风段和收水段宽度)相等，使水流能够均匀地分布到被测填料成型片9的该侧表面。

布水管11上均布2～3mm的小孔，小孔的中心距2～3cm。布水槽12的上端面可以打开，以便在实验时将布水管11上不在成型片9的有效布水径深对应范围内的小孔用胶带封闭。

水泵1的进水口与集水槽20连接并连通，水泵1的出水口经调节阀2和水流量计3后从布水槽12对应实验腔19底板7侧的两端连接到布水槽12内的布水管11上。

在透明有机玻璃的面板6的上部，水平布置有不少于3个的示踪剂注入孔16，其水平位置在成型片9的上边沿以下5cm左右的位置上，直径为1～2mm。

在均压腔14的下颈部设有5～8个可关闭的风速测量口15。

本实用新型的实验方法如下：

调节水流量调节阀2，读取水流量计3的示数，按式(1)使被测的横流填料成型片9单侧表面所对应的水流量控制在实验工况的淋水密度下：

式中，Q表示水的流量，m^{3<\/sup>\/h；a表示被测的横流填料成型片9的有效布水径深，m；b表示横流填料成型片9的波高，m；ρ表示冷却塔的淋水密度，(m^{3<\/sup>\/h\/)m^2<\/sup>。}}

调节风机13的电机频率，用风速仪在进风口及均压腔上的风速测量口多点等间距测量风速，分别计算两个位置各自的测量值的平均值，使其达到工况设定的平均风速，并且要求所测的两个平均值偏差不大于2％方有效。

用注射器吸取定量的示踪剂，要求示踪剂密度和清水密度基本一致，且短期不溶于水。通过示踪剂注入孔垂直于底板的方向注射到横流填料成型片9表面，同时拍摄记录示踪剂的扩散过程和所对应的时刻。

最后通过图像处理，即可测得水流的扩散角和在单位高度内的停留时间。

设计图

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设计图

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