用于研究逆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逆流填料成型片水流特性的装置，实验腔上端面与均压腔连接并连通、下端面敞开，两侧面用两块封板封闭；布水槽设置在底板的背面，底板上边沿以下处设有水平溢流槽孔，布水槽与实验腔通过水平溢流槽孔相连通，布水槽内还贯穿有一根布水管，水泵进水口与集水槽连通，水泵出水口经调节阀和水流量计后通过水管路连通到布水槽内的布水管上；面板的上部布置有多个示踪剂注入孔；均压腔的下颈部设有多个可关闭的风速测量口。将单张逆流填料成型片处在不同的水流量和风速条件下，通过拍摄示踪剂在逆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

1.一种用于研究逆流填料成型片水流特性的装置，由风机(8)、均压腔(7)、实验腔(5)、集水槽(19)、布水槽(6)、水泵(1)、水流量调节阀(2)、水流量计(3)、水管路(4)、及实验台支架(17)组成，其特征在于：所述实验腔(5)由底板(15)和透明有机玻璃的面板(14)构成，呈窄长形，所述实验腔(5)上端面与均压腔(7)连接并连通、下端面敞开，并通过两块挡水沿(16)定位在实验台支架(17)上，两侧面用两块封板(11)封闭；两块挡水沿(16)下面设有集水槽(19)，两块挡水沿(16)的下沿与集水槽(19)的上沿间具有间距，形成四面进风口；所述布水槽(6)设置在实验腔(5)的底板(15)的背面，所述底板(15)上边沿以下处设有水平溢流槽孔(10)，所述布水槽(6)与实验腔(5)通过水平溢流槽孔(10)相连通，所述布水槽(6)内还贯穿有一根均布小孔的布水管，布水管上均布有小孔，所述水泵(1)的进水口与集水槽(19)连接并连通，水泵(1)的出水口经调节阀(2)和水流量计(3)后通过水管路(4)从布水槽(6)的侧面连接并连通到布水槽(6)内的布水管上；所述面板(14)的上部水平布置有多个示踪剂注入孔(13)；所述均压腔(7)的下颈部设有多个可关闭的风速测量口(9)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的用于研究逆流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述两块挡水沿(16)的下沿与集水槽(19)的上沿之间的间距为20～30cm。

3.根据权利要求1所述的用于研究逆流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述实验腔(5)的底板(15)上固定被测的逆流填料成型片(20)，逆流填料成型片(20)的上边沿比底板(15)上边低40～50cm，左右相对于实验腔(5)居中，且不与有机玻璃面板(14)接触。

4.根据权利要求3所述的用于研究逆流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述实验腔(5)的大小为逆流填料成型片(20)最大尺寸的1.2～1.5倍；所述底板(15)和面板(14)的间距根据逆流填料成型片(20)的波高可调，且底板(15)和面板(14)的间距比被测的逆流填料成型片(20)的波高大3～5mm。

5.根据权利要求1所述的用于研究逆流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述布水槽(6)为封闭的空腔结构，所述布水槽(6)的上端面设有可以打开的端盖，以便更换调整纱布(12)和封闭不在被测填料成型片(20)宽度范围内的水平溢流槽孔(10)。

6.根据权利要求1所述的用于研究逆流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述水平溢流槽孔(10)设置在底板(15)上边沿以下15～20cm处，所述水平溢流槽孔(10)高为4～5mm，并与布水槽(6)的内部等宽。

7.根据权利要求1所述的用于研究逆流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述布水管上包裹纱布(12)，纱布(12)的自由端穿过水平溢流槽孔(10)伸到被测的逆流填料填料成型片(20)测试表面的上端，纱布(12)与被测的逆流填料填料成型片(20)等宽，使水流能够均匀地分布到被测填料成型片(20)的该侧表面。

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

9.根据权利要求1所述的用于研究逆流填料成型片水流特性的装置，其特征在于：所述面板(14)的上部水平布置有至少三个示踪剂注入孔(13)，其水平位置在被测的逆流填料填料成型片(20)的上边沿以下5cm的位置上，直径为1～2mm。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于研究冷却塔的水流特性的装置，尤其是一种用于研究逆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。单张的逆流填料称为成型片，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逆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。

对逆流填料成型片来说，水流方向自上而下，气流方向自下而上，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宽度方向，垂直于成型片表面的水平方向为填料的波高方向，一般单张逆流填料成型片的高度为0.5～2m，宽度为1～1.5m，波高为16～40mm。

为了研究逆流填料成型片的水流特性，需要一种用于研究液膜在逆流填料成型片上水流扩散角及停留时间的实验装置。

发明内容

本实用新型是要提供一种用于研究逆流填料成型片水流特性的装置，将单张逆流填料成型片处在不同的水流量和风速条件下，通过拍摄示踪剂在逆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:一种用于研究逆流填料成型片水流特性的装置，由风机、均压腔、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，呈窄长形，所述实验腔上端面与均压腔连接并连通、下端面敞开，并通过两块挡水沿定位在实验台支架上，两侧面用两块封板封闭；两块挡水沿下面设有集水槽，两块挡水沿的下沿与集水槽的上沿间具有间距，形成四面进风口；所述布水槽设置在实验腔的底板的背面，所述底板上边沿以下处设有水平溢流槽孔，所述布水槽与实验腔通过水平溢流槽孔相连通，所述布水槽内还贯穿有一根均布小孔的布水管，布水管上均布有小孔，所述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的侧面连接并连通到布水槽内的布水管上；所述面板的上部水平布置有多个示踪剂注入孔；所述均压腔的下颈部设有多个可关闭的风速测量口。

进一步，所述两块挡水沿的下沿与集水槽的上沿之间的间距为20～30cm。

进一步，所述实验腔的底板上固定被测的逆流填料成型片，逆流填料成型片的上边沿比底板上边低40～50cm，左右相对于实验腔居中，且不与有机玻璃面板接触。

进一步，所述实验腔的大小为逆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被测的逆流填料成型片的波高大3～5mm。

进一步，所述布水槽为封闭的空腔结构，所述布水槽的上端面设有可以打开的端盖，以便更换调整纱布和封闭不在被测填料成型片宽度范围内的水平溢流槽孔。

进一步，所述水平溢流槽孔设置在底板上边沿以下15～20cm处，所述水平溢流槽孔高为4～5mm，并与布水槽的内部等宽。

进一步，所述布水管上包裹纱布，纱布的自由端穿过水平溢流槽孔伸到被测的逆流填料填料成型片测试表面的上端，纱布与被测的逆流填料填料成型片等宽，使水流能够均匀地分布到被测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，所述面板的上部水平布置有至少三个示踪剂注入孔，其水平位置在被测的逆流填料填料成型片的上边沿以下5cm的位置上，直径为1～2mm。

一种采用用于研究逆流填料成型片水流特性的装置的实验方法，其步骤为：首先，将被测的逆流填料成型片固定在实验腔的底板上，调节水流量调节阀，读取水流量计的示数，按式(1)使逆流填料填料成型片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表示逆流填料成型片的宽度，m；b表示逆流填料成型片的波高，m；ρ表示冷却塔的淋水密度，(m^{3<\/sup>\/h\/)m^{2<\/sup>；然后，调节风机的电机频率，用风速仪在均压腔上的风速测量口多点等间距测量风速，计算测量值的平均值，使其达到工况设定的平均风速；再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，并通过示踪剂注入孔垂直于底板的方向注射到逆流填料填料成型片表面，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。}}}

本实用新型的有益效果是：

本实用新型选择从水在逆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，可用于逆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逆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，一种用于研究逆流填料成型片水流特性的装置，主要由风机8 (带调速器)、均压腔7、实验腔5、集水槽19、布水槽6、水泵1、水流量调节阀2、水流量计3、水管路4、及实验台支架17组成。另用风速仪测量风速。

实验腔5由底板15和透明有机玻璃的面板14构成窄长形的空间，其上端面与均压腔7连接并连通、下端面敞开，靠两块挡水沿16定位在实验台支架17 上，两侧面用两块封板11封闭。两块挡水沿16的下沿与集水槽19的上沿间有 20～30cm的间距，形成四面进风口。

实验腔5的大小为逆流填料成型片20最大尺寸的1.2～1.5倍。底板15和面板14的间距根据成型片20的波高可调(通过连接法兰上的腰型孔调节)，底板15和面板14的间距需比被测的逆流填料成型片20的波高大3～5mm。

被测的逆流填料填料成型片20固定在实验腔5的底板15上，逆流填料填料成型片20的上边沿比底板15上边低40～50cm，左右相对于实验腔5居中，且不与有机玻璃面板14接触。

布水槽6设计为封闭的空腔结构，设置在实验腔底板15的背面，并在实验腔底板15上边沿以下15～20cm处有一高为4～5mm并与布水槽6的内部等宽的水平溢流槽孔10，布水槽6与实验腔5通过水平溢流槽孔10相连通。布水槽6 内还贯穿有一根均布小孔的布水管(图中未表示)，布水管上包裹纱布12，纱布12的自由端穿过水平溢流槽孔10伸到被测的逆流填料填料成型片20测试表面的上端，纱布12与被测的逆流填料填料成型片20等宽，使水流能够均匀地分布到被测填料成型片20的该侧表面。

布水管上均布2～3mm的小孔，孔的中心距2～3cm。布水槽6的上端面可以打开，以便更换调整纱布12和封闭不在被测填料成型片20宽度范围内的水平溢流槽孔10。

水泵1的进水口与集水槽19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6的侧面连接并连通到布水槽6内的布水管上。

在透明的有机玻璃面板14的上部，水平布置有不少于3个的示踪剂注入孔 13，其水平位置在成型片20的上边沿以下5cm左右的位置上，直径为1～2mm。

在均压腔7的下颈部设有5～8个可关闭的风速测量口9。

本实用新型的实验方法如下：

调节水流量调节阀，读取水流量计的示数，按式(1)使逆流填料填料成型片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表示逆流填料填料成型片的宽度，m；b表示填料填料成型片的波高，m；ρ表示冷却塔的淋水密度，(m^{3<\/sup>\/h\/)m^2<\/sup>。}}

调节风机的电机频率，用风速仪在均压腔上的风速测量口多点等间距测量风速，计算测量值的平均值，使其达到工况设定的平均风速。

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逆流填料填料成型片表面，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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