基于热成像的粮食干燥换热器圆桶壁热阻测试

来源：职称论文发表咨询网作者：田编辑时间：2020-04-20 08:37

　　摘要:换热器是粮食烘干领域常用设备之一，其换热效率的高低将直接影响粮食烘干的质量及粮食烘干的成本，而换热器传热阻会间接影响换热器的换热效率。在测定换热器传热阻时，使用传统的接触式热阻测试方法对旋转换热器的多层圆桶壁进行热阻测试存在操作复杂、操作时间长及测试环境要求高等问题。为此，采用先进的热成像技术，对粮食干燥用气相旋转换热器进行了多层圆筒壁结构热特性参数的测量，得到了基于热成像法及传统的接触式测量方法下的旋转换热器多层圆桶壁的特征温度值参数，并以此数据为基础计算了旋转换热器多层圆桶壁的测试值，与实际理论值比偏差小于20%。综合比较两种方法可知:热成像法操作简单、方便，更适合于旋转换热器多层圆桶壁传热阻值的热性能测量。

　　关键词:粮食干燥;换热器;多层圆筒壁;热成像仪;接触式测量法

　　0引言

　　粮食干燥用气相旋转换热器多层圆筒壁结构的热性能是保证换热器内部换热环境的一个重要因素，影响着换热器内部温度的高低，间接地影响着换热器的换热效率［1］。相比于传统的换热器，粮食干燥用气相旋转换热器圆桶为旋转结构，筒壁磨损大，长期的工作会导致筒壁材料热工性能发生变化。如何快速、便捷地测量圆筒壁传热阻值，对设计、使用和维护气相旋转换热器并获得良好的换热效率具有重要的意义。

　　1传热阻计算理论依据

　　1．1热成像法传热阻计算热像仪是一种通过热谱图拍摄准确、快速地测量物体表面温度的测量设备。在使用热像仪进行圆筒壁热工性能测试时，只能够测出圆筒壁表面的温度，实际测量计算时需要结合热平衡理论对换热器圆筒壁结构的传热阻进行一定的有效估算［10］，以完成最后的计算要求。

　　1．2其他传热阻测量方法

　　在将热成像法应用于换热器圆筒壁传热阻测量之前，采用接触式测量法对圆筒壁进行传热阻测量。接触式测量法是以圆筒壁结构材料内外两侧对流及传热原理建立起热平衡，以此导出接触式测量法计算传热阻公式为Ｒ2=Tout－TinTw－Tin()hin(7)式中Ｒ2—接触式测量法测计算的传热阻;hin—圆筒壁内部换热系数;Tout、Tin、Tw在公式(1)中有交代。2实验设备与方法2．1实验对象选择黑龙江八一农垦大学智能装备实验室研发的粮食干燥用气相旋转换热器实验台为实验设备，如图3所示。

　　2．2实验仪器及实验方法

　　2．2．1实验仪器实验中热成像法测量圆筒壁传热阻方法测量外壁温度时，使用FLIＲT420手持式热像仪，如图4所示。热像仪量程为－20～650℃，测量精度为±2%，波长范围7．5～14μm;传统的接触式测量法使用贴片式T型热电偶，其测量量程为－200°～350℃，测量精度为±5%，热电偶响应时间为3s，并使用与其配套的数采仪采集温度数据;圆筒壁内壁温度则采用换热器实验台安装的铂电阻温度传感器进行温度测量。

　　2．2．2实验方法热成像法测量圆筒壁传热阻在使用热像仪对圆筒壁外壁进行热谱图拍摄时，热像仪的视角为25°×19°，测量换热器整体高度为1．4m，计算可得拍摄距离应为4m。根据换热器圆筒壁长度，选取2个点对换热器外壁进行拍摄，每个拍摄点拍摄3次，换热器拍摄点布置图如图5所示。

　　3结果与分析

　　3．1热阻值的理论计算值与测试值

　　分析时，将热成像法、接触式测量法与理论计算法结果进行比对。其中，热成像法和接触式测量法的计算用之前所述公式计算求得。圆筒壁稳态导热传热阻理论计算公式为［15］。Ｒλ=tw1－tw42πrlq(8)q=－λdtdr=λtw1－tw4lnr2/r1()1r式中Ｒλ—理论计算传热阻值(m2·K/W);tw1、tw4—圆筒壁内、外壁温度值(℃);r—圆筒壁半径(m);l—圆筒壁长度(m);q—热流密度(J/m2·s)。运用上述公式计算出理论热阻值，再利用公式(1)和公式(7)分别计算出热成像法热阻值及接触式测量法热阻值，结果如表2所示。

　　3．2测试值与理论计算值吻合度

　　为了进一步比较热成像法与接触式测量法的可靠性，将3种结果绘制成柱形图(见图7)，并通过偏差的百分比对不同的测试方法进行比较。

　　4结论

　　1)由于受到圆筒壁材料老化、磨损、腐蚀等影响，热成像法和接触式测量法测得的传热阻值均小于理论计算的圆筒壁传热阻值。

　　2)对比两种方法可知:接触式测量法与理论计算值偏差小于15%，热成像法传热阻值与理论计算值偏差在15%～20%之间，利用接触式测量法计算得到的阻值与理论计算值吻合度更高。

　　3)相比接触式测量法，热成像法的测量计算原理融入了圆筒壁结构的辐射传热过程，理论基础完善。综合考虑到环境因素对换热器圆筒壁传热阻测量的影响，热成像法的操作更为便利。

　　参考文献:

　　［1］曹红奋，梅国梁．传热学:理论基础及工程应用［M］．北京:人民交通出版社，2004．

　　［2］周云，董殿文，王德华，等．粮食干燥装置节能减排技术的研究与实践［J］．化工机械，2009，36(3):278－280．

　　［3］王永菲，陈超，任艳，等．竖直U形地埋管换热器传热热阻计算方法比较［C］//全国热泵新技术及应用研讨会．长沙:中国制冷学会，2009．

　　［4］李洪林．管壳式换热器的热阻分析与传热强化［J］．渤海大学学报:自然科学版，2000(2):34－36．

　　［5］曾全生．换热器热阻分析［J］．化工设计，1998(1):22－23．