本发明属于换热器测试技术领域，特别涉及一种管壳式换热器两相换热实验测试平台以及测试方法。
背景技术：
随着现代科学技术包括计算机技术、通信技术、传感技术、现代控制理论等的发展，现代检测技术的逐渐成熟，全新的测试技术具有高精度、实时性高、界面友好、易操作等优点，被广泛应用于实际生产及实验室研究中；近年来，随着工业生产对于换热器精准度要求的不断提高，换热器性能测试平台开发研究工作发展的很快。
技术实现要素：
发明目的：本发明提供了一种管壳式换热器两相换热实验测试平台以及测试方法，以解决现有技术中的问题。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种管壳式换热器两相换热实验测试平台，包括锅炉5，所述锅炉5分别连接压缩空气加热器4和热水加热器6，所述热水加热器6连接热水分水器7，所述压缩空气加热器4和热水分水器7均连接混合器8，所述混合器8连接实验元件11，所述实验元件11依次连接冷却水水箱12、冷却塔13和冷却水分水器14，冷却水分水器14再连接实验元件11形成回路，所述实验元件11还依次连接分离器10、热水水箱9和热水加热器6；
所述压缩空气加热器4还连接储气罐3，所述储气罐3依次连接有空干机2和空压机1；
所述分离器10上还设置有排气装置。
进一步的，所述压缩空气加热器4和热水加热器6上还分别设置有疏水器。
进一步的，所述空干机2和储气罐3、锅炉5和压缩空气加热器4、锅炉5和热水加热器6、混合器8和实验元件11、实验元件11和分离器10、冷却塔13和冷却水分水器14之间均设置有球阀；所述实验元件11和冷却水水箱12之间设置有单向阀；所述冷却塔13上还设置有冷却塔循环泵。
进一步的，所述热水水箱9和热水加热器6之间并联有两组球阀、两个流量范围不同的水泵和两个单向阀；所述热水加热器6上还设置有热水循环泵。
进一步的，所述压缩空气加热器4和混合器8之间并联有两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀，又串联一个球阀和一个单向阀。
进一步的，所述热水分水器7和混合器8之间并联有两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀，又串联一个单向阀。
进一步的，所述冷却水水箱12和冷却塔13之间并联有两组球阀、两个流量范围不同的水泵和两个单向阀，又串联一个球阀；所述冷却水分水器14和实验元件11之间并联有两个两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀，再串联一个单向阀和一个球阀。
进一步的，所述储气罐3、热水水箱9和冷却水水箱12上均设置有测温口和压力测口；所述实验元件11的进出管道口均设置有测温口和压力测口。
进一步的，所述调节阀均连接储气罐3的气动阀口。
一种管壳式换热器两相换热实验测试方法，包括压缩空气系统、蒸汽系统、冷却水系统和测试系统，包括以下步骤：启动空压机1和空干机2，调节供气压力，一部分对调节阀进行供气，另一部分经过压缩空气加热器4到混合器8进入到实验元件11。启动冷却塔13和冷却塔循环泵，冷却水通过冷却水分水器14再到实验元件11；启动热水循环泵，热水从热水水箱9进入热水加热器6，再经热水分水器7随管道进入混合器8与空气混合后，最后进入实验元件11；最后启动锅炉5，蒸汽进入到热水加热器6和压缩空气加热器4，对水和空气进行加热，蒸汽凝结成水，从疏水器排出；待流量、温度、压力稳定后，开始数据采集，管内换热结束之后，热水送入到分离器10再回到热水水箱9，冷却水回到冷却水水箱12，空气放空。
有益效果：本发明以空气和水为工作介质，壳侧通过热水与空气的混合物，管侧通入冷却水，完成换热器热工性能与流动阻力特性试验。搭建测试平台来完成管壳式换热器两相实验，操作方便，灵活调节，可以通过改变热水与冷却水流速，不凝性气体的含量及介质的流通空间对换热效率进行多方面研究。
在两相换热实验时，保持热水流量不变，通过改变空气的流量，得出空气含量对两相换热系数、摩擦压力降的影响，找出质量含气率管壳式换热器壳程换热系数、摩擦压力降的关系；由于微量含气率可以增强流体的扰动有促进换热的效果，使换热器的性能系数增加，但达到一定程度，压降的增速大于换热系数的增速，就会使性能系数下降，本实验可以找出特定工况下使换热器达到最大性能系数的含气率，对强化壳侧传热有重要意义。保持含气率不变，通过改变热水的流量，得出热水流量对两相换热系数、摩擦压力降的影响，找出热水流量与管壳式换热器壳程换热系数、摩擦压力降的关系；保持气液混合物的流量不变，通过改变冷却水的流量，找出冷却水流量的变化与管束中换热系数的关系。
由于冷却水、热水和压缩空气都配有两个不同流量范围的水泵和装有两个开度范围不同的启动调节阀的并联流路，所以可供调节的工况范围很宽，能适应各种不同额定工况不同范围的管壳式换热器，也可以提供含气率变化范围较大的两相换热实验研究。
此外，本实验可以通过各温度计、压力表和流量计所测的温度、压力和流量、冷却水箱和热水水箱的水位以及锅炉、冷却塔和各循环水泵的开关情况，并且能够在监控室进行实时显示并保存和处理相关的数据，方便及时发现并处理系统中出现的问题。此外该系统可以直接在监控室调节各个气动阀的开度从而达到调节流量改变工况的目的，操作灵活简单，安全可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1是简化图；
其中：1-空压机，2-空干机，3-储气罐，4-压缩空气加热器，5-锅炉，6-热水加热器，7-热水分水器，8-混合器，9-热水水箱，10-分离器，11-实验元件，12-冷却水水箱，13-冷却塔，14-冷却水分水器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种管壳式换热器两相换热实验测试平台，包括锅炉5，所述锅炉5分别连接压缩空气加热器4和热水加热器6，所述热水加热器6连接热水分水器7，所述压缩空气加热器4和热水分水器7均连接混合器8，所述混合器8连接实验元件11，所述实验元件11依次连接冷却水水箱12、冷却塔13和冷却水分水器14，冷却水分水器14再连接实验元件11形成回路，所述实验元件11还依次连接分离器10、热水水箱9和热水加热器6；
所述压缩空气加热器4还连接储气罐3，所述储气罐3依次连接有空干机2和空压机1；所述空压机1为螺杆空压机；
所述分离器10上还设置有排气装置。
所述压缩空气加热器4和热水加热器6上还分别设置有疏水器。
所述空干机2和储气罐3、锅炉5和压缩空气加热器4、锅炉5和热水加热器6、混合器8和实验元件11、实验元件11和分离器10、冷却塔13和冷却水分水器14之间均设置有球阀；所述实验元件11和冷却水水箱12之间设置有单向阀；所述冷却塔13上还设置有冷却塔循环泵。所述锅炉5为电热蒸汽锅炉。
所述热水水箱9和热水加热器6之间并联有两组球阀、两个流量范围不同的水泵和两个单向阀；所述热水加热器6上还设置有热水循环泵。
所述压缩空气加热器4和混合器8之间并联有两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀，又串联一个球阀和一个单向阀。
所述热水分水器7和混合器8之间并联有两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀，又串联一个单向阀。
所述冷却水水箱12和冷却塔13之间并联有两组球阀、两个流量范围不同的水泵和两个单向阀，又串联一个球阀；所述冷却水分水器14和实验元件11之间并联有两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀，再串联一个单向阀和一个球阀。
所述储气罐3、热水水箱9和冷却水水箱12上均设置有测温口和压力测口；所述实验元件11的进出管道口均设置有测温口和压力测口。
所述调节阀均连接储气罐3的气动阀口。气动调节阀能够满足对来自储气罐的空气、水箱的热水、冷却塔冷水进行流量较为精确且便捷的调节。
所述冷却水水箱12和冷却塔13之间并联的两个水泵的流量分别为6m3/h和50m3/h，热水水箱9和热水加热器6之间并联的两个水泵的流量分别为6m3/h和50m3/h，冷却水分水器14和实验元件11之间并联的两个调节阀的开度范围分别是0.6-6m3/h和6-60m3/h，热水分水器7和混合器8之间并联的两个调节阀的开度范围分别是1-10m3/h和5-50m3/h，压缩空气加热器4和混合器8之间并联的两个调节阀的开度范围分别是10-80m3/h和30-210m3/h。
空压机和空干机能够将干燥稳压的空气通过计量、蒸汽加热后顺利送入气液混合器中与蒸汽进行混合。并且随着管路系统到达管壳式换热器，再经分离后排空。
冷却塔具备满足水冷段所需的最大冷却水量和系统中其他设备的冷却最大水量。并且相应的冷却水泵能够满足冷却水的输送以及循环使用的功能。
一种管壳式换热器两相换热实验测试方法，包括压缩空气系统、蒸汽系统、冷却水系统和测试系统，包括以下步骤：启动螺杆空压机1和空干机2，调节供气压力，一部分对调节阀进行供气，另一部分经过压缩空气加热器4到混合器8进入到实验元件11的管壳式换热器壳侧。启动冷却塔13和冷却塔循环泵，冷却水通过冷却水分水器14再到实验元件11的管壳式换热器管内；启动热水循环泵，热水从热水水箱9进入热水加热器6，再经热水分水器7随管道进入混合器8与空气混合后，最后进入实验元件11；最后启动电热蒸汽锅炉5，蒸汽进入到热水加热器6和压缩空气加热器4，对水和空气进行加热，蒸汽凝结成水，从疏水器排出；待流量、温度、压力稳定后，开始数据采集，管内换热结束之后，热水送入到分离器10再回到热水水箱9，冷却水回到冷却水水箱12，空气放空。
1、两相换热实验时，保持热水流量不变，通过改变不凝性气体空气的流量，得到压降与质量含气率和热流密度之间的关系。
2、两相换热实验时，保持不凝性气体含量不变，通过改变热水与冷却水流量，找出热水与冷却水流量的变化与换热器换热系数与压降的关系。
3、两相换热实验时，保持各介质流量不变，通过改变干空气或热水的定性温度来比较定性温度对换热器换热系数的影响。
4、在两相实验时，保持以上测量值不变，通过改变换热器结构，如改变管束的排列方式，增加折流板来比较结构对换热系数和压降的影响。
5、两相实验时，通过改变介质的流动空间即管程与壳程来比较其对对流换热系数和压降的影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。