散熱器況圖繪制管理論文

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摘要本文首先對同一散熱器按照不同測試標準進行了測試，并結合散熱器的實際使用條件，對散熱器進行了全工況測試，得出了散熱器熱特性系數與測試條件無關的結論。在此基礎上建立熱特性方程，進行數值求解，并利用求解結果繪制了散熱器全工況圖。利用散熱器全工況圖，設計人員可以方便地進行非標準工況散熱量的換算。

關鍵詞熱特性系數測試標準全工況圖

隨著計量供熱的提出，作為末端設備的散熱器，既要求能夠提供必要的散熱量以滿足房間熱負荷需求，又必須能夠適應用戶對室溫調節和用熱量控制目的。另一方面，散熱器的設計工況常與標準測試工況不同，設計時需要對散熱器的標準散熱量進行換算。所有這些都要求，對散熱器的全工況特性有一個全面的了解。本文在對散熱器熱特性深入分析的基礎上，得出熱特性系數與測試條件無關的結論。最后建立散熱器熱特性方程，并繪制散熱器全工況圖。

圖1散熱器熱工測試系統圖

1-被測試件；2-低位加熱水箱；3-高位加熱水箱；4-循環水泵；5-上水；

6-旁流管；7-循環管；8-流量測量裝置；9-冷水；10-表冷器；11-風機；

12-電加熱；13-風道；14-空氣夾層；15-測試小室

1散熱器測試標準對比

散熱器傳熱方程為：

（1）

式中：A、B----散熱器熱特性系數。

上述系數A、B是在標準測試室中得到的。我國使用的散熱器測試標準有ISO6149-75和GB/T13754-92。此外，世界上許多國家都制定有自己的國家標準，如德國標準DIN4703、美國I=B=R（美國鍋爐與散熱器制造商協會）標準等。ISO3149-75標準的基本原理是采用閉式隔熱冷卻小室，在室溫恒定條件下進行散熱器標準測試。小室與周圍環境隔熱，被測試件散熱量由夾層內的人工冷源冷卻介質逼真，以保證小室的恒溫條件，冷卻夾層和有水冷和風冷兩種。所有散熱器測試標準基本原理都相同，但在具體技術參數規定上有所不同。表1為ISO3149-75標準與GT/T13754-92標準的對比。

散熱器測試標準表（1）

項目ISO3149-75GB/T13754-92項目ISO3149-75GB/T13754-92

室溫18℃20℃對流散熱器89℃/76℃85℃/75℃

輻射散熱器95℃/70℃90℃/70℃

由表1可以看出，國家標準考慮到人們熱舒適要求的提高和我國供熱系統運行的實際，測試小室內室溫由18℃提高到20℃，標定流量時的供水溫度和供回水溫差均有所降低或減小，如輻射器的標定溫差由25℃降為20℃，對流器的標定溫差由12.5℃降為10℃。

為對比同一散熱器在不同測試標準下熱特性的差別，作者對天津某散熱器廠生產的TLD型對流散熱器按不同標準進行了四組測試，結果如下：

不同測試標準對比表（2）

測試工況195℃/70℃，18℃測試工況290℃/70℃，20℃

項目單位工況1工況2工況3項目單位工況1工況2工況3

進口溫度℃95.1270.8054.99進口溫度℃90.0070.256.2

出口溫度℃69.9855.7245.81出口溫度℃70.0057.448.3

基準室溫℃18.2118.1918.31基準室溫℃20.1219.720.5

流量kg/h41.8141.7741.92流量kg/h47.1447.247.2

計算溫差℃64.3345.0732.09計算溫差℃59.8844.1031.75

散熱量W1222.43732.56447.32散熱量W4096.48702.64433.66

測試工況389℃/76℃，18℃測試工況285℃/75℃，20℃

項目單位工況1工況2工況3項目單位工況1工況2工況3

進口溫度℃89.1070.5256.2進口溫度℃85.1070.8055.4

出口溫度℃76.0061.8750.8出口溫度℃75.0063.5051

基準室溫℃18.2618.0618.42基準室溫℃20.1620.3019.91

流量kg/h79.4479.2080.1流量kg/h92.2891.8091.02

計算溫差℃64.2948.1435.08計算溫差℃59.8946.8533.29

散熱量W1210.29796.75503.04散熱量W1083.95779.37465.77

將上述結果匯總于表3和圖2。

圖2散熱量與計算溫差關系

由圖2可以看出，四條曲線基本生命，即散熱器在不同測試標準下得到的特性系數A、B基本相同。

不同測試工況下散熱器特性系數對比用表（3）

測試工況1測試工況2測試工況3測試工況4

室溫（℃）18201820

流量（kg/h）41.8147.1479.4492.28

A值2.97532.76512.90042.984

B值1.44551.46211.44941.4427

2散熱器全工況測試

由上可知，同一散熱器在不同標準測試工況下得到的特性系數A、B基本一致。但就此得出散熱器特性系數與測試條件無關的結論還尚欠充分，因為散熱器的標準測試工況與實際使用條件有很大不同：在標準工況下，無論是散熱器供水溫度，還是流量，其變化范圍均比在使用工況下散熱器實際的變化范圍要小，而且不論何種標準測試工況，特性系數A、B均是在定流量條件下得出的。這與散熱器的使用工況也有比較大的差別，特別是在計量供熱系統中，散熱器的變流量調節是用戶行為節能的主要手段。因此，有必要對散熱器進行全工況測試。為此，作者對天津某散熱器廠生產的LLD型對流散熱器進行了全工況測試。其中，流量150～10kg/h；供水溫度90～60℃，結果見表4、表5、圖6。

流量工況測試（W）表（4）

流量供水溫度

90℃85℃75℃60℃

150kg/h1311.501197.00977.36665.67

100kg/h1295.451160.20934.93630.56

80kg/h1258.001119.68904.74614.13

50kg/h1174.091050.63835.75568.07

40kg/h1132.111020.90806.41539.19

30kg/h1066.75961.95754.19508.11

20kg/h923.34843.88693.55473.47

10kg/h603.08533.04--

注：1.表中的溫度和流量是歸整后的數值；

2.散熱器標準測試室溫度20℃。

結果見表5、圖3。

圖2散熱量與計算溫差關系

散熱器變流量工況測試表（5）

供水溫度準則關系式相關度R2供水溫度準則關系式相關度R2

90℃Q=6.8120Δt1.25790.987475℃Q=6.5164Δt1.26120.9882

85℃Q=7.7868Δt1.21960.997460℃Q=5.8016Δt1.29090.9661

由圖3可知，散熱器在全工況測試條件下仍保持了較好的一致相關性。

3散熱器熱特性方程

由上分析可和，散熱器熱特性系數A、B與測試條件無關，即無論是在定流量還是變流量工況下，特性系數A、B只與散熱器自身特性有關而與測試條件無關。這樣，我們便有可能根據散熱器標準測試得到的準則關系式進行散熱器熱特性方程求解，從而繪制散熱器的全工況選型圖。

散熱器在測試工況下，存在如下平衡方程：

（2）

（3）

（4）

（5）

式中：Q----散熱量，W；G：流量，kg/h；

tg、th、tn----供、回水溫度及室溫，℃；

t′n----測試室內溫度，一般為20℃或18℃。

式（3-1）～（3-4）即為散熱器在測試工況下的熱特性方程。

4散熱器全工況圖繪制

一般來說，散熱器產品樣本中給出的散熱量是散熱器在標準工況下的散熱量。當供熱系統的設計供回水溫度與標準工況不同時，就必須進行標準散熱量的換算。同時，為方便設計，設計人員也需要了解散熱器在各種工況下散熱量的變化。為此，繪制散熱器全工況圖十分必要。

對給定散熱器來說，其特性系統A、B可通過標準測試工況來確定，得到A、B即可求解上述熱特性方程，并繪制該散熱器的全工況圖，如圖4。其中，A=5.2914，B=1.317，室溫20℃。圖中，橫坐標為散熱器進流量，kg/h；縱坐標為散熱量，W。放射狀直線為等供回水溫差線，上拋形曲線為等供水溫度線，虛線為等回水溫度線。

圖4散熱器全工況圖（室溫20℃）

圖4中，1為標準工況點，供回水溫度95℃/70℃，溫差25℃，由橫坐標可知流量為42kg/h，由縱坐標可知散熱量為1220W。當供水溫度保持95℃不變，流量增大時，散熱器工況點將沿95℃供水曲線由1點向2點移動，2點從回水溫度為95℃/80℃，溫差15℃，此時，流量為79kg/h，散熱量為1370W；當供回水溫差保持25℃不變時，隨流量減小，散熱器工況點將沿25℃溫差線由點1向點3移動，3點供回水溫度為75℃/50℃，溫差25℃，此時，流量為26kg/h，散熱量為730W。

由圖4可知，當供水溫度不變時，隨著流量增大，散熱量增加，回水溫度升高，且二者表現為相似的趨勢，即開始時增加較快，隨后逐漸減慢并趨于飽和。對回水溫度來說，其飽和溫度即為相應的供水溫度，因此飽和散熱量可表示為：

（6）

全工況圖可作為設計時非標準工況散熱量換算的線算圖，避免設計人員進行復雜的公式計算，也可用作散熱器熱特性分

析。對于給定散熱器來說，只要已知供水溫度、回水溫度、供回水溫差、流量和散熱量五個變量中任意兩個，就可由圖查得其余三個變量的值。

5結論

散熱器熱特性系數A、B是由散熱器自身決定的，與測試條件無關。因此，在定流量標準測試條件下得出的熱特性系數可用來分析散熱器在變流量工況下的特性，進而可以建立散熱器在測試工況下的熱特性方程，繪制散熱器全工況選型圖。

參考文獻

1采暖散熱器散熱量測定方法（BG/T13754-92）及（ISO3147-75）

2戈特·摩勒，供暖控制技術，北京：中國建材工業出版社，1989.11