發(fā)布時(shí)間：2020-02-18所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:換熱器是糧食烘干領(lǐng)域常用設(shè)備之一，其換熱效率的高低將直接影響糧食烘干的質(zhì)量及糧食烘干的成本，而換熱器傳熱阻會(huì)間接影響換熱器的換熱效率。在測定換熱器傳熱阻時(shí)，使用傳統(tǒng)的接觸式熱阻測試方法對旋轉(zhuǎn)換熱器的多層圓桶壁進(jìn)行熱阻測試存在操作復(fù)雜、
摘要:換熱器是糧食烘干領(lǐng)域常用設(shè)備之一，其換熱效率的高低將直接影響糧食烘干的質(zhì)量及糧食烘干的成本，而換熱器傳熱阻會(huì)間接影響換熱器的換熱效率。在測定換熱器傳熱阻時(shí)，使用傳統(tǒng)的接觸式熱阻測試方法對旋轉(zhuǎn)換熱器的多層圓桶壁進(jìn)行熱阻測試存在操作復(fù)雜、操作時(shí)間長及測試環(huán)境要求高等問題。為此，采用先進(jìn)的熱成像技術(shù)，對糧食干燥用氣相旋轉(zhuǎn)換熱器進(jìn)行了多層圓筒壁結(jié)構(gòu)熱特性參數(shù)的測量，得到了基于熱成像法及傳統(tǒng)的接觸式測量方法下的旋轉(zhuǎn)換熱器多層圓桶壁的特征溫度值參數(shù)，并以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算了旋轉(zhuǎn)換熱器多層圓桶壁的測試值，與實(shí)際理論值比偏差小于20%。綜合比較兩種方法可知:熱成像法操作簡單、方便，更適合于旋轉(zhuǎn)換熱器多層圓桶壁傳熱阻值的熱性能測量。
關(guān)鍵詞:糧食干燥;換熱器;多層圓筒壁;熱成像儀;接觸式測量法
0引言
糧食干燥用氣相旋轉(zhuǎn)換熱器多層圓筒壁結(jié)構(gòu)的熱性能是保證換熱器內(nèi)部換熱環(huán)境的一個(gè)重要因素，影響著換熱器內(nèi)部溫度的高低，間接地影響著換熱器的換熱效率[1]。相比于傳統(tǒng)的換熱器，糧食干燥用氣相旋轉(zhuǎn)換熱器圓桶為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，筒壁磨損大，長期的工作會(huì)導(dǎo)致筒壁材料熱工性能發(fā)生變化。如何快速、便捷地測量圓筒壁傳熱阻值，對設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)氣相旋轉(zhuǎn)換熱器并獲得良好的換熱效率具有重要的意義。
傳熱阻值是評價(jià)糧食干燥用氣相旋轉(zhuǎn)換熱器圓筒壁保溫性能好壞的重要參數(shù)，對換熱器內(nèi)部換熱環(huán)境及換熱器整體的換熱效率影響非常大。圓筒壁傳熱阻的大小不僅僅與自身材料性質(zhì)、材料厚度及每層材料的密度等因素有關(guān)[2]，也與材料所處的設(shè)備工作環(huán)境有關(guān)，包括換熱器內(nèi)部的風(fēng)溫、風(fēng)速及外界環(huán)境溫度等因素。圓筒壁的傳熱阻值越大，其保溫性能越好，相應(yīng)的對換熱器換熱效率的提升也越大[3]。由于糧食干燥用氣相旋轉(zhuǎn)換熱器圓筒壁的傳熱阻測定時(shí)受到多種因素的影響[4-5]，所以很難準(zhǔn)確地標(biāo)定出其材料的熱工性能，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)實(shí)際測量的熱阻值與材料生產(chǎn)廠商提供的熱阻值不同的情況。目前，常用于換熱器圓筒壁結(jié)構(gòu)傳熱阻的測量方法主要為接觸式測量法，但存在操作復(fù)雜、測點(diǎn)孤立及測試環(huán)境要求高等問題[6]。隨著近年來熱像儀的發(fā)展進(jìn)步，使用熱像儀進(jìn)行熱成像故障診斷和檢驗(yàn)測試成為了一種先進(jìn)的手段而被廣泛應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的接觸式測量法，熱成像法使用熱像儀拍攝熱譜圖可以直觀、無損進(jìn)行測試[7]，且操作簡單、測試速度快，是一種十分便捷的傳熱阻測試方法。
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本文將使用熱成像法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用熱像儀對糧食干燥用氣相旋轉(zhuǎn)換熱器圓筒壁進(jìn)行熱特性參數(shù)測定[8]，與傳統(tǒng)的接觸式測量法進(jìn)行對比，再結(jié)合理論計(jì)算數(shù)據(jù)對熱成像法的測量結(jié)果進(jìn)行評定[9]，為換熱器圓筒壁傳熱阻測量及保溫性評定提供新的方法。
1傳熱阻計(jì)算理論依據(jù)
1.1熱成像法傳熱阻計(jì)算
熱像儀是一種通過熱譜圖拍攝準(zhǔn)確、快速地測量物體表面溫度的測量設(shè)備。在使用熱像儀進(jìn)行圓筒壁熱工性能測試時(shí)，只能夠測出圓筒壁表面的溫度，實(shí)際測量計(jì)算時(shí)需要結(jié)合熱平衡理論對換熱器圓筒壁結(jié)構(gòu)的傳熱阻進(jìn)行一定的有效估算[10]，以完成最后的計(jì)算要求。
2.2實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方法
2.2.1實(shí)驗(yàn)儀器
實(shí)驗(yàn)中熱成像法測量圓筒壁傳熱阻方法測量外壁溫度時(shí)，使用FLIRT420手持式熱像儀，如圖4所示。熱像儀量程為-20～650℃，測量精度為±2%，波長范圍7.5～14μm;傳統(tǒng)的接觸式測量法使用貼片式T型熱電偶，其測量量程為-200°～350℃，測量精度為±5%，熱電偶響應(yīng)時(shí)間為3s，并使用與其配套的數(shù)采儀采集溫度數(shù)據(jù);圓筒壁內(nèi)壁溫度則采用換熱器實(shí)驗(yàn)臺安裝的鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行溫度測量。
2.2.2實(shí)驗(yàn)方法
熱成像法測量圓筒壁傳熱阻在使用熱像儀對圓筒壁外壁進(jìn)行熱譜圖拍攝時(shí)，熱像儀的視角為25°×19°，測量換熱器整體高度為1.4m，計(jì)算可得拍攝距離應(yīng)為4m。根據(jù)換熱器圓筒壁長度，選取2個(gè)點(diǎn)對換熱器外壁進(jìn)行拍攝，每個(gè)拍攝點(diǎn)拍攝3次，換熱器拍攝點(diǎn)布置圖如圖5所示。
2.3數(shù)據(jù)處理
在分析熱像儀所拍攝的熱譜圖時(shí)，利用MatLab軟件對熱譜圖進(jìn)行分析，并采集其中有效的溫度數(shù)據(jù)，然后于熱電偶數(shù)采儀及換熱器控制柜中提取所需的外表面溫度和內(nèi)表面溫度，再利用Origin軟件對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。
由表2可知:使用熱成像法和接觸式測量法測量計(jì)算出的圓筒壁傳熱阻值均小于理論計(jì)算。原因如下:換熱器在日常使用過程中，隨著圓筒壁材料的老化、磨損、腐蝕等因素的影響，會(huì)使圓筒壁的實(shí)際熱阻值比設(shè)計(jì)熱阻值有所降低，且實(shí)驗(yàn)誤差也是造成以上現(xiàn)象出現(xiàn)的原因之一。
3.2測試值與理論計(jì)算值吻合度
為了進(jìn)一步比較熱成像法與接觸式測量法的可靠性，將3種結(jié)果繪制成柱形圖(見圖7)，并通過偏差的百分比對不同的測試方法進(jìn)行比較。
由圖7可知:兩種方法測量計(jì)算所得的傳熱阻值與理論計(jì)算值均存在一定的偏差:熱成像法測得的傳熱阻值與理論計(jì)算值偏差在15%～20%之間，接觸式測量法偏差小于15%，相比之下接觸式測量法偏差較小。由于兩種測量方法偏差值均小于20%，因此結(jié)果均比較可靠。
4結(jié)論
1)由于受到圓筒壁材料老化、磨損、腐蝕等影響，熱成像法和接觸式測量法測得的傳熱阻值均小于理論計(jì)算的圓筒壁傳熱阻值。
2)對比兩種方法可知:接觸式測量法與理論計(jì)算值偏差小于15%，熱成像法傳熱阻值與理論計(jì)算值偏差在15%～20%之間，利用接觸式測量法計(jì)算得到的阻值與理論計(jì)算值吻合度更高。
3)相比接觸式測量法，熱成像法的測量計(jì)算原理融入了圓筒壁結(jié)構(gòu)的輻射傳熱過程，理論基礎(chǔ)完善。綜合考慮到環(huán)境因素對換熱器圓筒壁傳熱阻測量的影響，熱成像法的操作更為便利。
