管翅式散熱器傳熱性能測試平臺搭建的研究

陳金友 楊林

摘? 要：運用CFD軟件建立數(shù)學(xué)物理模型，進(jìn)行數(shù)值計算分析是對散熱器傳熱性能研究的重要方法，故驗證模型是否合理，計算分析是否準(zhǔn)確則顯得尤為關(guān)鍵。該文設(shè)計出管翅式散熱器傳熱性能測試平臺，并對平臺搭建提出具體實施要求，為結(jié)果計算推導(dǎo)過程公式，具有極強(qiáng)的實踐操作性，對管翅式散熱器的設(shè)計及優(yōu)化有重要的實踐意義。

關(guān)鍵詞：翅片管散熱器? 傳熱性能? 測試平臺

中圖分類號：TK172? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0055-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對生活品質(zhì)要求隨之提高，在重視居住環(huán)境及條件的同時，也更加關(guān)注環(huán)保、節(jié)能等方面。我國北方冬季氣溫較低，為營造更加舒適、健康的工作、居住環(huán)境，必須進(jìn)行室內(nèi)溫度、濕度等參數(shù)調(diào)節(jié)，另外考慮環(huán)保、節(jié)能等因素，北方絕大部分地區(qū)采用集中供暖。散熱器作為常見供暖終端普遍使用，管翅式散熱器作為常用散熱器類型之一，廣泛被采用，目前市場常見的管翅式散熱器為L型管翅式散熱器。查閱資料發(fā)現(xiàn)，我國對采暖散熱器研究較少，對采暖散熱器傳熱性能進(jìn)行試驗研究的幾乎沒有，國內(nèi)對散熱器傳熱性能的研究普遍采用CFD軟件建立數(shù)學(xué)物理模型，進(jìn)行仿真計算分析研究。采用仿真模擬研究過程中數(shù)學(xué)物理模型是否合理、仿真計算分析是否符合工程誤差要求等均需要進(jìn)行驗證試驗。驗證試驗平臺搭建盡可能與現(xiàn)實工作環(huán)境條件一致，使得試驗數(shù)據(jù)更加真實科學(xué)地反映出散熱器傳熱性能。

1? 實驗平臺研究的意義

1.1 檢測市場常見散熱器傳熱性能

目前市面上常見采暖散熱器門類繁多，質(zhì)量參差不齊，其傳熱性能也是良莠不齊，傳熱性能參數(shù)五花八門，且缺乏科學(xué)性及依據(jù)。為此，搭建測試平臺檢測市場常見散熱器傳熱性能，可以有效評估產(chǎn)品傳熱性能，為消費者提供購物導(dǎo)向，為建設(shè)資源節(jié)約型社會貢獻(xiàn)力量。

1.2 檢驗仿真模型建立、計算及分析的科學(xué)性

采用CFD軟件進(jìn)行數(shù)值仿真是研究散熱器傳熱性能的常用方法，仿真研究的關(guān)鍵是建立科學(xué)合理的數(shù)學(xué)物理模型，仿真計算分析處理科學(xué)得當(dāng)。通過搭建散熱器傳熱性能測試平臺進(jìn)行實驗，將實驗結(jié)果與計算機(jī)仿真結(jié)果進(jìn)行比對，如若誤差在工程許可范圍內(nèi)，則認(rèn)為數(shù)學(xué)物理模型科學(xué)合理，仿真計算分析處理科學(xué)得當(dāng)，仿真研究科學(xué)有效，如若誤差超出工程許可范圍，則應(yīng)該繼續(xù)修正數(shù)學(xué)物理模型，優(yōu)化仿真計算分析處理過程，直至誤差可以被接受為止，方可進(jìn)行后續(xù)大量的仿真計算分析研究，要不然其大量研究工作將失去意義。

1.3 提供優(yōu)化散熱器傳熱性能的實踐依據(jù)

以仿真研究結(jié)果為導(dǎo)向，結(jié)合管翅式散熱器傳熱性能測試平臺實驗結(jié)果，進(jìn)行散熱器傳熱性能影響因素研究，對散熱器翅管布置形式、結(jié)構(gòu)參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，同時開展散熱器驗證性試驗，為優(yōu)化散熱器傳熱性能提供科學(xué)有力的實踐依據(jù)。

2? 實驗平臺搭建思路

管翅式散熱器散傳性能測試平臺由測試空間、空間溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、熱水循環(huán)系統(tǒng)及傳熱性能測試系統(tǒng)4部分組成。管翅式散熱器散傳性能測試平臺工作原理為：將實驗部件置于一個恒溫環(huán)境，通過測量流經(jīng)實驗部件的介質(zhì)流量、進(jìn)口溫度、出口溫度等參數(shù)，計算這一環(huán)境下的試驗部件散熱量。管翅式散熱器散傳性能測試平臺系統(tǒng)圖如圖1所示。

測試空間為性能測試提供一個相對穩(wěn)定，實驗環(huán)境參數(shù)可量化、調(diào)節(jié)、重復(fù)的實驗場所。空間溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用是為穩(wěn)定測試空間溫度，同時滿足實驗需要，可進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的一套設(shè)備。熱水循環(huán)系統(tǒng)的作用是模擬散熱器真實工作環(huán)境及過程，工作介質(zhì)（水）加熱，使用循環(huán)水泵促使工作介質(zhì)循環(huán)流動，經(jīng)過系類調(diào)節(jié)測試裝置后進(jìn)入實驗部件（采暖散熱器），后又經(jīng)溫度、流量調(diào)節(jié)裝置后回流到電加熱水箱。傳熱性能測試系統(tǒng)是整個測試平臺的核心，作用是測試實驗部件進(jìn)出口的溫度及工作介質(zhì)流經(jīng)部件的流量。

3? 實驗平臺搭建要求

3.1 熱水循環(huán)系統(tǒng)熱水溫度及流量的控制

管翅式散熱器散傳性能測試平臺熱水循環(huán)系統(tǒng)通過電加熱水箱可以提高熱水溫度，冷卻器可以降低熱水溫度，其兩者配合使用，通過調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，調(diào)控溫度范圍依據(jù)實際工作環(huán)境，熱水溫度控制在50℃～85℃之間，熱水溫度調(diào)控精度為±0.2℃以內(nèi)，散熱器進(jìn)出口溫度通過鉑電阻式熱電偶進(jìn)行測量，測量溫度精度為0.15℃，且響應(yīng)時間較短，其測量數(shù)值試驗計算重要參數(shù)之一。熱水循環(huán)系統(tǒng)通過循環(huán)水泵7提供水循環(huán)動力，調(diào)節(jié)閥進(jìn)行熱水循環(huán)流量調(diào)節(jié)，流量調(diào)控精度為±0.72kg/h以內(nèi)，流量計進(jìn)行熱水流量測量，其測量數(shù)值是實驗計算重要參數(shù)之一。

3.2 測試空間空氣溫度控制

測試空間假設(shè)為一個內(nèi)部熱交換充分的均勻體，內(nèi)部空氣溫度以一個值，測試空間空氣溫度可以通過使用水銀溫度計進(jìn)行測量，測量值要求控制在某個固定值不變，測試空間溫度調(diào)節(jié)主要依靠空氣加熱器及風(fēng)機(jī)實現(xiàn)，溫度測試基點固定不變，具體位置為采暖散熱器中心，正前方500mm，距地面高度500mm處。根據(jù)冬季室內(nèi)溫度范圍控制在18℃～25℃之間，溫度控制在某一個固定值上下0.1℃范圍內(nèi)。

3.3 測試平臺零部件安裝規(guī)范

管翅式散熱器散傳性能測試平臺零部件安裝應(yīng)注意以下規(guī)范：（1）試驗部件應(yīng)該安裝在測試房間的一面墻正中間;（2）試驗部件安裝必須與墻面平行，且最近距離控制在（50±5）mm;（3）試驗部件安裝必須與地面平行，且最近距離控制在（100±5）mm;（4）試驗部件支撐結(jié)構(gòu)不影響散熱器傳熱性能;（5）熱電偶分別安裝在距試驗部件進(jìn)出口100mm處。