基于熱成像的糧食干燥換熱器圓桶壁熱阻測(cè)試

來(lái)源：職稱(chēng)那點(diǎn)事作者：田編輯時(shí)間：2020-04-20 08:37

　　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(cè)定換熱器傳熱阻時(shí)，使用傳統(tǒng)的接觸式熱阻測(cè)試方法對(duì)旋轉(zhuǎn)換熱器的多層圓桶壁進(jìn)行熱阻測(cè)試存在操作復(fù)雜、操作時(shí)間長(zhǎng)及測(cè)試環(huán)境要求高等問(wèn)題。為此，采用先進(jìn)的熱成像技術(shù)，對(duì)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(cè)量，得到了基于熱成像法及傳統(tǒng)的接觸式測(cè)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(cè)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(jiǎn)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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)量圓筒壁傳熱阻值，對(duì)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。

　　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(guò)熱譜圖拍攝準(zhǔn)確、快速地測(cè)量物體表面溫度的測(cè)量設(shè)備。在使用熱像儀進(jìn)行圓筒壁熱工性能測(cè)試時(shí)，只能夠測(cè)出圓筒壁表面的溫度，實(shí)際測(cè)量計(jì)算時(shí)需要結(jié)合熱平衡理論對(duì)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。

　　1．2其他傳熱阻測(cè)量方法

　　在將熱成像法應(yīng)用于換熱器圓筒壁傳熱阻測(cè)量之前，采用接觸式測(cè)量法對(duì)圓筒壁進(jìn)行傳熱阻測(cè)量。接觸式測(cè)量法是以圓筒壁結(jié)構(gòu)材料內(nèi)外兩側(cè)對(duì)流及傳熱原理建立起熱平衡，以此導(dǎo)出接觸式測(cè)量法計(jì)算傳熱阻公式為Ｒ2=Tout－TinTw－Tin()hin(7)式中Ｒ2—接觸式測(cè)量法測(cè)計(jì)算的傳熱阻;hin—圓筒壁內(nèi)部換熱系數(shù);Tout、Tin、Tw在公式(1)中有交代。2實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法2．1實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)智能裝備實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的糧食干燥用氣相旋轉(zhuǎn)換熱器實(shí)驗(yàn)臺(tái)為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如圖3所示。

　　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(cè)量圓筒壁傳熱阻方法測(cè)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(cè)量精度為±2%，波長(zhǎng)范圍7．5～14μm;傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量法使用貼片式T型熱電偶，其測(cè)量量程為－200°～350℃，測(cè)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(tái)安裝的鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量。

　　2．2．2實(shí)驗(yàn)方法熱成像法測(cè)量圓筒壁傳熱阻在使用熱像儀對(duì)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(cè)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(zhǎng)度，選取2個(gè)點(diǎn)對(duì)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。

　　3結(jié)果與分析

　　3．1熱阻值的理論計(jì)算值與測(cè)試值

　　分析時(shí)，將熱成像法、接觸式測(cè)量法與理論計(jì)算法結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。其中，熱成像法和接觸式測(cè)量法的計(jì)算用之前所述公式計(jì)算求得。圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱傳熱阻理論計(jì)算公式為［15］。Ｒλ=tw1－tw42πrlq(8)q=－λdtdr=λtw1－tw4lnr2/r1()1r式中Ｒλ—理論計(jì)算傳熱阻值(m2·K/W);tw1、tw4—圓筒壁內(nèi)、外壁溫度值(℃);r—圓筒壁半徑(m);l—圓筒壁長(zhǎng)度(m);q—熱流密度(J/m2·s)。運(yùn)用上述公式計(jì)算出理論熱阻值，再利用公式(1)和公式(7)分別計(jì)算出熱成像法熱阻值及接觸式測(cè)量法熱阻值，結(jié)果如表2所示。

　　3．2測(cè)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(cè)量法的可靠性，將3種結(jié)果繪制成柱形圖(見(jiàn)圖7)，并通過(guò)偏差的百分比對(duì)不同的測(cè)試方法進(jìn)行比較。

　　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(cè)量法測(cè)得的傳熱阻值均小于理論計(jì)算的圓筒壁傳熱阻值。

　　2)對(duì)比兩種方法可知:接觸式測(cè)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(cè)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(cè)量法，熱成像法的測(cè)量計(jì)算原理融入了圓筒壁結(jié)構(gòu)的輻射傳熱過(guò)程，理論基礎(chǔ)完善。綜合考慮到環(huán)境因素對(duì)換熱器圓筒壁傳熱阻測(cè)量的影響，熱成像法的操作更為便利。

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