发布时间：2020-02-18所属分类：科技论文浏览：1次
摘 要： 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、
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。
传热阻值是评价粮食干燥用气相旋转换热器圆筒壁保温性能好坏的重要参数，对换热器内部换热环境及换热器整体的换热效率影响非常大。圆筒壁传热阻的大小不仅仅与自身材料性质、材料厚度及每层材料的密度等因素有关[2]，也与材料所处的设备工作环境有关，包括换热器内部的风温、风速及外界环境温度等因素。圆筒壁的传热阻值越大，其保温性能越好，相应的对换热器换热效率的提升也越大[3]。由于粮食干燥用气相旋转换热器圆筒壁的传热阻测定时受到多种因素的影响[4-5]，所以很难准确地标定出其材料的热工性能，经常会出现实际测量的热阻值与材料生产厂商提供的热阻值不同的情况。目前，常用于换热器圆筒壁结构传热阻的测量方法主要为接触式测量法，但存在操作复杂、测点孤立及测试环境要求高等问题[6]。随着近年来热像仪的发展进步，使用热像仪进行热成像故障诊断和检验测试成为了一种先进的手段而被广泛应用。相比于传统的接触式测量法，热成像法使用热像仪拍摄热谱图可以直观、无损进行测试[7]，且操作简单、测试速度快，是一种十分便捷的传热阻测试方法。
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本文将使用热成像法进行实验，运用热像仪对粮食干燥用气相旋转换热器圆筒壁进行热特性参数测定[8]，与传统的接触式测量法进行对比，再结合理论计算数据对热成像法的测量结果进行评定[9]，为换热器圆筒壁传热阻测量及保温性评定提供新的方法。
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。
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。
2.3数据处理
在分析热像仪所拍摄的热谱图时，利用MatLab软件对热谱图进行分析，并采集其中有效的温度数据，然后于热电偶数采仪及换热器控制柜中提取所需的外表面温度和内表面温度，再利用Origin软件对以上数据进行处理与分析。
由表2可知:使用热成像法和接触式测量法测量计算出的圆筒壁传热阻值均小于理论计算。原因如下:换热器在日常使用过程中，随着圆筒壁材料的老化、磨损、腐蚀等因素的影响，会使圆筒壁的实际热阻值比设计热阻值有所降低，且实验误差也是造成以上现象出现的原因之一。
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。
由图7可知:两种方法测量计算所得的传热阻值与理论计算值均存在一定的偏差:热成像法测得的传热阻值与理论计算值偏差在15%～20%之间，接触式测量法偏差小于15%，相比之下接触式测量法偏差较小。由于两种测量方法偏差值均小于20%，因此结果均比较可靠。
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。
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