發(fā)布時間：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域常用設備之一，其換熱效率的高低將直接影響糧食烘干的質量及糧食烘干的成本，而換熱器傳熱阻會間接影響換熱器的換熱效率。在測定換熱器傳熱阻時，使用傳統(tǒng)的接觸式熱阻測試方法對旋轉換熱器的多層圓桶壁進行熱阻測試存在操作復雜、
摘要:換熱器是糧食烘干領域常用設備之一，其換熱效率的高低將直接影響糧食烘干的質量及糧食烘干的成本，而換熱器傳熱阻會間接影響換熱器的換熱效率。在測定換熱器傳熱阻時，使用傳統(tǒng)的接觸式熱阻測試方法對旋轉換熱器的多層圓桶壁進行熱阻測試存在操作復雜、操作時間長及測試環(huán)境要求高等問題。為此，采用先進的熱成像技術，對糧食干燥用氣相旋轉換熱器進行了多層圓筒壁結構熱特性參數的測量，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換熱器多層圓桶壁的特征溫度值參數，并以此數據為基礎計算了旋轉換熱器多層圓桶壁的測試值，與實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，更適合于旋轉換熱器多層圓桶壁傳熱阻值的熱性能測量。
關鍵詞: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換熱器多層圓筒壁結構的熱性能是保證換熱器內部換熱環(huán)境的一個重要因素，影響著換熱器內部溫度的高低，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換熱器圓桶為旋轉結構，筒壁磨損大，長期的工作會導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，對設計、使用和維護氣相旋轉換熱器并獲得良好的換熱效率具有重要的意義。
傳熱阻值是評價糧食干燥用氣相旋轉換熱器圓筒壁保溫性能好壞的重要參數，對換熱器內部換熱環(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、材料厚度及每層材料的密度等因素有關[2]，也與材料所處的設備工作環(huán)境有關，包括換熱器內部的風溫、風速及外界環(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換熱器圓筒壁的傳熱阻測定時受到多種因素的影響[4-5]，所以很難準確地標定出其材料的熱工性能，經常會出現(xiàn)實際測量的熱阻值與材料生產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構傳熱阻的測量方法主要為接觸式測量法，但存在操作復雜、測點孤立及測試環(huán)境要求高等問題[6]。隨著近年來熱像儀的發(fā)展進步，使用熱像儀進行熱成像故障診斷和檢驗測試成為了一種先進的手段而被廣泛應用。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行實驗，運用熱像儀對糧食干燥用氣相旋轉換熱器圓筒壁進行熱特性參數測定[8]，與傳統(tǒng)的接觸式測量法進行對比，再結合理論計算數據對熱成像法的測量結果進行評定[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傳熱阻計算理論依據
1.1熱成像法傳熱阻計算
熱像儀是一種通過熱譜圖拍攝準確、快速地測量物體表面溫度的測量設備。在使用熱像儀進行圓筒壁熱工性能測試時，只能夠測出圓筒壁表面的溫度，實際測量計算時需要結合熱平衡理論對換熱器圓筒壁結構的傳熱阻進行一定的有效估算[10]，以完成最后的計算要求。
2.2實驗儀器及實驗方法
2.2.1實驗儀器
實驗中熱成像法測量圓筒壁傳熱阻方法測量外壁溫度時，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%，熱電偶響應時間為3s，并使用與其配套的數采儀采集溫度數據;圓筒壁內壁溫度則采用換熱器實驗臺安裝的鉑電阻溫度傳感器進行溫度測量。
2.2.2實驗方法
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行熱譜圖拍攝時，熱像儀的視角為25°×19°，測量換熱器整體高度為1.4m，計算可得拍攝距離應為4m。根據換熱器圓筒壁長度，選取2個點對換熱器外壁進行拍攝，每個拍攝點拍攝3次，換熱器拍攝點布置圖如圖5所示。
2.3數據處理
在分析熱像儀所拍攝的熱譜圖時，利用MatLab軟件對熱譜圖進行分析，并采集其中有效的溫度數據，然后于熱電偶數采儀及換熱器控制柜中提取所需的外表面溫度和內表面溫度，再利用Origin軟件對以上數據進行處理與分析。
由表2可知:使用熱成像法和接觸式測量法測量計算出的圓筒壁傳熱阻值均小于理論計算。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，會使圓筒壁的實際熱阻值比設計熱阻值有所降低，且實驗誤差也是造成以上現(xiàn)象出現(xiàn)的原因之一。
3.2測試值與理論計算值吻合度
為了進一步比較熱成像法與接觸式測量法的可靠性，將3種結果繪制成柱形圖(見圖7)，并通過偏差的百分比對不同的測試方法進行比較。
由圖7可知:兩種方法測量計算所得的傳熱阻值與理論計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%，因此結果均比較可靠。
4結論
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算值偏差小于15%，熱成像法傳熱阻值與理論計算值偏差在15%～20%之間，利用接觸式測量法計算得到的阻值與理論計算值吻合度更高。
3)相比接觸式測量法，熱成像法的測量計算原理融入了圓筒壁結構的輻射傳熱過程，理論基礎完善。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。
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