CN101393148A - 涂料散热性能的测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涂料散热性能的测试装置及其测试方法，属于应用热方法测试材料领域，该装置包括：测试主体、热媒系统和温度监测分析系统，其中测试主体由两个用绝热材料制成的闭式小室和分别放置在两个闭式小室中的散热器构成，热媒系统由上述两个散热器、加热器、恒温水箱、通水管道、两个流量计、水泵、减压阀门和两个调节阀门构成，温度监测分析系统由二十个温度传感器、多路温度电压转换器、多路信号转化卡和计算机及其中含的软件系统构成；测试方法是：在该测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料，由所记录的温度数据绘制出被测温度随时间变化的曲线，并计算散热器上涂料的散热量，进而确定涂料的散热性能，计算其节能率，准确性高。

Description

涂料散热性能的测试装置及其测试方法

技术领域

本发明的技术方案涉及应用热方法测试材料，具体地说是涂料散热性能的测试装置及其测试方法。

背景技术

当前，可以用于材料散热性能的测试装置都是按GB/T13754-92“采暖散热器散热量测定标准”设计的。这些标准测试装置的设计都相当复杂，要求有围护结构、控制系统、测量系统和冷却系统。例如：这些标准测试装置一般采用钢制的风冷或水冷密闭小室结构，其大小为4000×4000×2800(mm)，体积较大；热媒系统采用两级加热方式，而且在热媒系统中设有冷却器，用以保证流量计量的准确性；热量测量的工况盘转采用多只独立的温度传感器，工作环境温度的控制多采用独立的非标准的冷却系统，因此运动调节和管理复杂，并且造价很高。目前，很多企业在散热器产品的研究开发或试验过程中，没有条件，有时也没必要在标准测试装置中进行散热器散热性能的测试，而只需在实验室中或工业应用中进行相对准确的测试即可。CN 2537460公开了一种企业在中间试验过程中自检用的散热器热工性能试验台。它主要是测量散热器进口温度和出口温度的温差，以此评价散热器的散热性能。但是此专利所涉及的技术是开放式的，整个装置与外界环境是相通的，这样在外界环境的影响下评价散热器散热性能存在很大误差。CN 201083815“水轮发电机定子表面散热系数测试模拟装置”涉及一种水轮发电机定子表面散热系数测试模拟装置；CN 1896710“散热性能量测装置”及CN 2938084“散热器性能测试机”涉及在计算机CPU散热器测量装置；CN101149312“密封机柜散热用热交换器性能测试系统”涉及一种密封机柜散热用热交换器性能测试系统，包括冷环境室、热环境室、被测热交换器，热交换器冷、热介质循环的出口分别设置出风管道等，其主要应用于计算机及相关电子器件密封机柜散热及测试系统。上述专利文献所公开的测试装置或系统都不适用于材料散热性能的测试。

随着能源问题的日益紧张，为了适应全国节能减排的趋势，民用及工业采暖散热器作为耗能大户，需要对现存民用及工业采暖散热器进行节能减排改造。利用涂料的散热性能来提高民用及工业采暖传热器的散热效率，成为节约能源的途径之一。为此必须测试用于散热器的涂料的散热性能，也就有必要研发涂料散热性能的测试装置及其测试方法，以便掌握涂料的散热性能，使其更好的应用到民用及工业采暖散热器领域中，以达到节能减排的目的。通过检索国内外文献，目前尚未见到有关涂料散热性能的测试装置及其测试方法的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供涂料散热性能的测试装置及其测试方法，该测试装置及其测试方法用在实验室中或在工业应用中进行涂料散热性能的测量，能够相对精确地测试涂料散热性能。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

涂料散热性能的测试装置，包括：测试主体、热媒系统和温度监测分析系统，其中测试主体由两个用绝热材料制成的闭式小室和分别放置在两个闭式小室中的散热器构成，每个闭式小室的体积为(500～700)×(500～700)×(500～700)mm³，在放置散热器一侧的闭式小室壁面上开有两个直径为2～4mm的圆形开口；热媒系统由上述的两个散热器、加热器、恒温水箱、通水管道、两个流量计、循环水泵、减压阀门和两个调节阀门构成；温度监测分析系统由二十个温度传感器、多路温度电压转换器、多路信号转化卡和计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统构成；上述各个构成部件的安置和连接是这样的：测试主体中：散热器安置在闭式小室内部靠近通水管道一端距离闭式小室壁面10～20cm的位置处，由用树脂玻璃做成的支架支撑，分置于两个闭式小室中的两个散热器要对称放置；热媒系统中：按恒温水箱→循环水泵→减压阀门→流量计→调节阀门→散热器→恒温水箱的顺序依次用通水管道连接，加热器置于恒温水箱内部；温度监测分析系统中：计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统、多路信号转化卡和多路温度电压转换器之间用连接导线连接，多路温度电压转换器用连接导线穿过闭式小室壁面上开有的两个直径为2～4mm的圆形开口或直接分别连接到各个温度传感器上，其中在两个散热器进出口处各放置一个温度传感器作为热源温度传感器，在两个散热器外壁中心位置各固定一个温度传感器作为散热器温度传感器，在两个闭式小室几何中心各放置一个温度传感器作为闭式小室中心温度传感器，在两个闭式小室每个壁面的几何中心点各固定一个温度传感器作为闭式小室壁温传感器。

在上述涂料散热性能的测试装置中，所述用绝热材料制成的闭式小室，其所用的绝热材料为树脂。

在上述涂料散热性能的测试装置中，所述闭式小室的内表面涂有吸热涂料，闭式小室的外面粘有泡沫保温板，该泡沫保温板的导热系数≤0.04W/(m·K)。

在上述涂料散热性能的测试装置中，所述闭式小室的内表面涂有的吸热涂料，是由红外辐射率≥97％和粒径≤120μm的炭黑制成的吸热涂料。

在上述涂料散热性能的测试装置中，所述闭式小室在放置散热器一侧的闭式小室壁面的水平中线上开有两个直径为2～4mm的圆形开口，两个圆形开口圆心之间的距离为200～300mm。

在上述涂料散热性能的测试装置中，所述通水管道均采用耐热橡胶管，并外套橡塑保温管；所述流量计采用等压降式流量计；所述循环水泵为热水型微型增压泵。

所述橡塑保温管是NBR橡胶保温管或丁腈橡胶保温管；所述流量计为等压降式流量计是LZB-10、LZB-15或LZB-20转子流量计。

在上述涂料散热性能的测试装置中，所述温度传感器采用热电阻或热电偶；所述多路温度电压转换器为多路信号巡检仪；所述多路信号转化卡采用RS-232RS-545CONVERTER。

所述热电阻是铂电阻Pt10或铂电阻Pt100；所述热电偶是铜-考铜热电偶或铜-康铜热电偶。

在上述涂料散热性能的测试装置中的散热器的形状大多是管状或片状，也有其他特殊的形状，但都是空心的；加热器是电加热器或其他热源加热器。

上述涂料散热性能的测试装置中所涉及到的部件和元器件均是本技术领域的普通技术人员能够制作或通过市售得到的。

上述涂料散热性能的测试装置的测试方法是：

I.比较两种涂料的散热性能并求得相对的节能效果

在该测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料乙，要求涂膜质量相等，并干燥72小时备用，热水从恒温水箱经加热器加热后，首先通过通水管道进到循环水泵，为了减小通水管道的压力安装了减压阀门，然后通过通水管道分流进入两个流量计，再分别经过两个调节阀门后分别进入两个散热器，最后热水经通水管道回水回到恒温水箱；接通恒温水箱中加热器的热源，水温设定为80℃，调节两个闭式小室的初始温度至一致，打开由二十个温度传感器、多路温度电压转换管、多路信号转化卡和计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统构成的温度监测分析系统，记录10分钟的空白数据后打开循环水泵，调节两边流量至80L/h，在试验过程中，温度监测分析系统连续记录散热器表面温度、闭式小室周壁和中心点温度，测试时间为120分钟，由所记录的温度数据绘制出闭式小室温度随时间变化的曲线，计算出各个散热器在单位时间单位体积内的散热量，进而依此确定这两种涂料的散热性能并求得相对的节能效果；

上述涂料散热性能的测试装置的测试方法中所述各个散热器在单位时间单位体积内散热量的计算方法如下：

相关计算公式如下：

散热器的辐射热流密度： $q={\mathrm{\ϵ\σT}}_1^4$                                                ①

闭式小室中散热器的传热包括对流散热和辐射散热两部分：

散热器在单位时间内的的对流散热量：

Φ_对＝hA(T₁-T₀)                                                            ②

大空间自然对流换热计算： $\mathrm{Gr}=\frac{\mathrm{g\α}{\mathrm{\ΔTD}}^3}{{\mathrm{\γ}}^2}$                                         ③

10⁴<Gr<5.76×10⁸时为层流，此时，Nu＝0.11(GrPr)^1/3               ④

Gr>4.65×10⁹时为湍流，此时Nu＝0.11(GrPr)^1/4                     ⑤

$\mathrm{Nu}=\frac{\mathrm{hD}}{\mathrm{\&lambda;}}$                                                         ⑥

散热器在单位时间内的的辐射散热量：

                                                 ⑦

散热器在单位时间内的的总散热量Φ＝Φ_对+Φ_辐；

为了满足GB/T 13754-92“采暖散热器散热量测定标准”的要求，上述散热器在单位时间单位体积内的散热量还要满足下面的关系式：

  ⑧

上述计算公式中，q为辐射热流密度，ε为散热器所涂涂料的发射率，σ为玻耳兹曼常数，T₁和T₂分别为散热器表面的平均绝对温度和闭式小室六个面的平均绝对温度，T₀为闭式小室中心点空气的绝对温度，h为空气对流换热系数，A为散热器的表面积(m²)，Nu为努塞尔数，Pr为普朗特数，Gr为格拉晓夫数，D为散热器空腔的平均内直径(m)，λ为空气导热系数，g为重力加速度，ΔT为散热器表面的平均绝对温度和闭式小室中心点空气的绝对温度的差值，α为空气体积膨胀系数，γ为空气运动粘度，V为闭式小室的体积(m³)；

上述涂料散热性能的测试装置的测试方法是在该散热器在单位时间单位体积内的散热量满足公式⑧的条件下进行的；

在散热器分别涂有涂料甲和涂料乙的不同情况下，计算各个散热器的散热量：

甲.涂有涂料甲的散热器在单位时间单位体积内的的散热量计算

稳态时，测定安置了涂有涂料甲的散热器的闭式小室六个面的平均绝对温度为T_2甲，散热器表面的平均绝对温度为T_1甲，闭式小室中心点空气的绝对温度T_0甲，涂有涂料甲的散热器空腔的平均内径为D_甲(m)，该散热器的的表面积A_甲(m²)，安置了涂有涂料甲的散热器的闭式小室的体积为V_甲(m³)；

在计算对流散热量之前，首先应该算出空气对流换热系数h_甲的值，并计算得到定性绝对温度为

从而我们可以从气体的物理参数表查出相应此温度下的空气参数：λ、γ、α、Pr、g，将其代入到上述公式③④⑤⑥中计算得出h_甲的值；

根据上述公式②，涂有涂料甲的散热器在单位时间内的对流散热量：

Φ_对甲＝h_甲A_甲(T_1甲-T_0甲)

根据上述公式⑦，涂有涂料甲的散热器在单位时间内的辐射散热量：

则：涂有涂料甲的散热器在单位时间内的总散热量：Φ_甲＝Φ_对甲+Φ_辐甲

看涂有涂料甲的散热器在单位时间单位体积的散热量是否满足⑧：

根据上述公式①，涂有涂料甲的散热器的辐射热流密度：

乙.涂有涂料乙的散热器在单位时间单位体积内的的散热量计算

与涂有涂料甲的散热器的散热量计算的测定方法完全相同，得出h_乙的值；

根据上述公式②，涂有涂料乙的散热器在单位时间内的对流散热量：

Φ_对乙＝h_乙A_乙(T_1乙-T_0乙)

根据上述公式⑦，涂有涂料乙的散热器在单位时间内的辐射散热量：

则：涂有涂料乙的散热器在单位时间内的总散热量为：Φ_乙＝Φ_对乙+Φ_辐乙

看涂有涂料乙的散热器在单位时间单位体积的散热量是否满足⑧：

根据上述公式①，涂有涂料乙的散热器的辐射热流密度：

在涂有涂料甲的散热器和涂有涂料乙的散热器在单位时间单位体积的散热量都满足公式⑧的前提下，比较涂有涂料甲的散热器和涂有涂料乙的散热器在单位时间单位体积内的散热量，结论是在单位时间单位体积内散热量大的涂料的散热效果较好，从得到的数据进一步计算出：

涂料甲相对于涂料乙的节能效果＝(Φ_甲—Φ_乙)/Φ_乙×100％；

II.不同种类涂料的散热等级的分级

选取五种不同种类的涂料：涂料甲、涂料乙、涂料丙、涂料丁和涂料戊，

a.在该测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料乙，测试和计算方法同I；

b.在该测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料丙，除以下计算部分之外，其他测试和计算方法同I；

丙.涂有涂料丙的散热器在单位时间单位体积内的的散热量计算

与涂有涂料甲的散热器的散热量计算的测定方法完全相同，得出h_丙的值；

根据上述公式②，涂有涂料丙的散热器在单位时间内的对流散热量：

Φ_对丙＝h_丙A_丙(T_1丙-T_0丙)

根据上述公式⑦，涂有涂料丙的散热器在单位时间内的辐射散热量：

则：涂有涂料丙的散热器在单位时间内的总散热量为：Φ_丙＝Φ_对丙+Φ_辐丙

看涂有涂料丙的散热器在单位时间单位体积的散热量是否满足⑧：

根据上述公式①，涂有涂料丙的散热器的辐射热流密度：

在涂有涂料甲的散热器和涂有涂料丙的散热器在单位时间单位体积的散热量都满足公式⑧的前提下，比较涂有涂料甲的散热器和涂有涂料丙的散热器在单位时间单位体积内的散热量，结论是在单位时间单位体积内散热量大的涂料的散热效果较好，从得到的数据进一步计算出：

涂料甲相对于涂料丙的节能效果＝(Φ_甲—Φ_丙)/Φ_丙×100％；

c.在该测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料丁，除以下计算部分之外，其他测试和计算方法同I；

丁.涂有涂料丁的散热器在单位时间单位体积内的的散热量计算

与涂有涂料甲的散热器的散热量计算的测定方法完全相同，得出h_丁的值；

根据上述公式②，涂有涂料丁的散热器在单位时间内的对流散热量：

Φ_对丁＝h_丁A_丁(T_1丁-T_0丁)

根据上述公式⑦，涂有涂料丁的散热器在单位时间内的辐射散热量：

则：涂有涂料丁的散热器在单位时间内的总散热量为：Φ_丁＝Φ_对丁+Φ_辐丁

看涂有涂料丁的散热器在单位时间单位体积的散热量是否满足⑧：

根据上述公式①，涂有涂料丁的散热器的辐射热流密度：

在涂有涂料甲的散热器和涂有涂料丁的散热器在单位时间单位体积的散热量都满足公式⑧的前提下，比较涂有涂料甲的散热器和涂有涂料丁的散热器在单位时间单位体积内的散热量，结论是在单位时间单位体积内散热量大的涂料的散热效果较好，从得到的数据进一步计算出：

涂料甲相对于涂料丁的节能效果＝(Φ_甲—Φ_丁)/Φ_丁×100％；

d.在该测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料戊，除以下计算部分之外，其他测试和计算方法同I；

戊.涂有涂料戊的散热器在单位时间单位体积内的的散热量计算

与涂有涂料甲的散热器的散热量计算的测定方法完全相同，得出h_戊的值；

根据上述公式②，涂有涂料戊的散热器在单位时间内的对流散热量：

Φ_对戊＝h_戊A_戊(T_1戊-T_0戊)

根据上述公式⑦，涂有涂料戊的散热器在单位时间内的辐射散热量：

则：涂有涂料戊的散热器在单位时间内的总散热量为：Φ_戊＝Φ_对戊+Φ_辐戊

看涂有涂料戊的散热器在单位时间单位体积的散热量是否满足⑧：

根据上述公式①，涂有涂料戊的散热器的辐射热流密度：

在涂有涂料甲的散热器和涂有涂料戊的散热器在单位时间单位体积的散热量都满足公式⑧的前提下，比较涂有涂料甲的散热器和涂有涂料戊的散热器在单位时间单位体积内的散热量，结论是在单位时间单位体积内散热量大的涂料的散热效果较好，从得到的数据进一步计算出：

涂料甲相对于涂料戊的节能效果＝(Φ_甲—Φ_戊)/Φ_戊×100％；

将涂料的散热性能划分成如下五个散热等级，I级：>58W/m³·s；II级：57～58W/m³·s；III级：56～57W/m³·s；IV级：55～56W/m³·s；V级：54～55W/m³·s；依据上面不同种类涂料的单位时间单位体积内的散热量的测试和计算结果，判断它们各自应该归属的散热等级。

按照上述涂料散热性能的测试装置的测试方法，所选取的五种不同种类的涂料分别是涂料甲红外辐射涂料、涂料乙芳香族聚氨酯涂料、涂料丙脂肪族聚氨酯涂料、涂料丁环氧树脂涂料和涂料戊醇酸涂料。

至于涂料的散热性能划分几个散热等级以及各个散热等级的数字范围将根据实际需要而确定。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的涂料散热性能的测试装置把按国家标准测试装置所设计的一般采用钢制的风冷或水冷的其大小为4000×4000×2800(mm)的体积较大结构复杂的闭式小室，改为体积为(500～700)×(500～700)×(500～700)(mm)的结构简单的两个闭式小室，闭式小室用透明绝热材料制成，内表面涂有吸热涂料，外表面粘有保温板，体积小、结构简单、造价低，完全满足在实验室及工业应用中使用的要求。

(2)本发明装置中的热媒系统采用单级加热，不设降温系统和冷却器，也不设有高水位箱。

(3)本发明装置中的温度检测分析系统同时测量散热器表面温度、闭式小室周壁和中心点温度，由所记录的温度数据绘制出小室温度随时间变化曲线，并计算出散热器上涂料的散热量，进而依此确定散热器上涂料的散热效果。

(4)本发明装置中加入了减压阀门，减轻了水泵的工作压力。

(5)本发明的涂料散热性能的测试装置的测试方法给出了判断涂料散热性能的依据，由此评价涂料的散热性能，并将涂料的散热性能分级和判断不同种类涂料散热性能的散热等级(详见下面的实施例和图3)，该方法也可以用来评价散热器的表面散热性能。

上述内容完全体现了本发明的涂料散热性能的测试装置及其测试方法具有灵活性高、结构简单、运行可靠、造价低和功能多的特点，完全可以满足在实验室及工业应用中的使用要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1本发明的涂料散热性能的测试装置的构成示意图。

图2本发明的涂料散热性能的测试装置中的闭式小室的透视图。

图3本发明的实施例3中涂料的散热性能测试曲线。

图中1.闭式小室，2.散热器，3保温水箱，4.加热器，5.水泵，6.减压阀门，7.流量计，8.调节阀门，9.温度传感器，10.多路温度电压转换器，11.多路信号转化卡，12.计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统，13.通水管道，14.支架。

具体实施方式

实施例1

从图1中可见，本发明的涂料散热性能的测试装置的构成，包括：两个闭式小室(1)、两个管状散热器(2)、两个支架(14)、加热器(4)、恒温水箱(3)、通水管道(13)、两个流量计(7)、水泵(5)、减压阀门(6)、两个调节阀门(8)、二十个温度传感器(9)、多路温度电压转换管(10)、多路信号转化卡(11)和计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统(12)。

在图1中，管状散热器(2)放置在闭式小室(1)内部靠近通水管道(13)一端距离闭式小室(1)壁面10cm的位置上，由支架(14)支撑，两个闭式小室(1)中的两个管状散热器(2)要对称放置；按恒温水箱(3)→水泵(5)→减压阀门(6)→流量计(7)→调节阀门(8)→管状散热器(2)→恒温水箱(3)的顺序依次用通水管道(13)连接，加热器(4)置于恒温水箱(3)内部；计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统(12)、多路信号转化卡(11)和多路温度电压转换器(10)之间用连接导线连接，多路温度电压转换器(10)用连接导线穿过闭式小室(1)壁面上开有的两个圆形开口或直接分别连接到各个温度传感器(9)上，其中在两个管状散热器(2)的进出口处各放置一个温度传感器(9)作为热源温度传感器，在两个管状散热器(2)外壁中心位置各固定一个温度传感器(9)作为散热器温度传感器，在两个闭式小室(1)几何中心各放置一个温度传感器(9)作为闭式小室(1)中心温度传感器，在两个闭式小室(1)每个壁面的几何中心点各固定一个温度传感器(9)作为闭式小室壁温传感器。

四个热源温度传感器(9)分别测量两个管状散热器(2)进出水口的温度；两个散热器温度传感器(9)分别测量两个管状散热器(2)壁温；两个闭式小室中心温度传感器(9)分别测量两个闭式小室(1)中心的空气温度；十二个闭式小室壁温传感器(9)分别测量两个闭式小室(1)每个壁面的中心点温度。

两个闭式小室(1)和分别放置在两个闭式小室(1)中的管状散热器(2)构成测试主体；管状散热器(2)、加热器(4)、恒温水箱(3)、通水管道(13)、两个流量计(7)、水泵(5)、减压阀门(6)和两个调节阀门(8)构成热媒系统；二十个温度传感器(9)、多路温度电压转换管(10)、多路信号转化卡(11)和计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统(12)构成温度监测分析系统。

在本实施例中，闭式小室(1)用绝热材料树脂制成，内表面涂有红外辐射率≥97％和粒径≤120μm的炭黑制成的吸热涂料，外表面粘有导热系数≤0.04W/(m·K)的保温板；支架(14)用树脂玻璃做成；所用的加热器(4)为电加热器；所用的通水管道(13)均采用耐热橡胶管，并外套NBR橡胶保温管或丁腈橡胶保温管；所用的流量计(7)采用LZB-10、LZB-15或LZB-20转子流量计；所用的水泵(5)为热水型微型增压泵；所用的温度传感器(9)均采用铂电阻Pt10、铂电阻Pt100热电阻、铜-考铜热电偶或铜-康铜热电偶；所用的多路温度电压转换器(10)为多路信号巡检仪；所用的多路信号转化卡(11)为RS-232 RS-545CONVERTER；所用的计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统(12)为已知产品。

从图2中可见，每个闭式小室(1)的体积为(500～700)×(500～700)×(500～700)mm³，在放置管状散热器(2)一侧的闭式小室(1)壁面水平中线上开有两个直径为2～4mm的圆形开口，两个圆形开口圆心之间的距离为200～300mm。圆形开口的用途在于让连接导线穿过闭式小室(1)壁面，以便多路温度电压转换器(10)与闭式小室(1)内安置的各个温度传感器(9)之间用导线连接，因而两个圆形开口在闭式小室(1)壁面上的位置并无限制。

实施例2

比较涂料甲红外辐射涂料和涂料乙芳香族聚氨酯涂料两种涂料的散热性能并求得相对的节能效果。

在图1所示测试装置的分置于两个闭式小室(1)的两个相同的管状散热器(2)上分别涂上涂料甲和涂料乙，要求涂膜质量相等，并干燥72小时备用；热水从恒温水箱(3)经电加热器(4)加热后，首先通过通水管道(13)进到水泵(5)，为了减小通水管道(13)的压力安装了减压阀门(6)，然后通过通水管道(13)分流进入两个流量计(7)，再分别经过两个调节阀门(8)后分别进入两个管状散热器(2)，最后热水经通水管道(13)回水回到恒温水箱(3)；接通恒温水箱(3)中电加热器(4)的电源，水温设定为80℃，调节两个闭式小室(1)的初始温度至一致，打开由二十个温度传感器(9)、多路温度电压转换管(10)、多路信号转化卡(11)和计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统(12)构成的温度监测分析系统，记录10分钟的空白数据后打开水泵(5)，调节两边流量至80L/h，在试验过程中，温度监测分析系统连续记录管状散热器(2)表面温度、闭式小室(1)周壁和中心点温度及管状散热器(2)进出口水温，测试时间为120分钟，由所记录的温度数据绘制出闭式小室(1)温度随时间变化的曲线(见图3)，并由此分别计算出两个管状散热器(2)的散热量，进而依此分别确定甲乙两种涂料的散热性能。

上述管状散热器(2)在单位时间单位体积内散热量的计算方法如下：

相关计算公式如下：

管状散热器(2)的辐射热流密度： $q={\mathrm{\&epsiv;\&sigma;T}}_1^4$                                             ①

闭式小室(1)中的传热为对流散热和辐射散热两部分：

管状散热器(2)在单位时间内的对流散热量：Φ_对＝hA(T₁-T₀)                          ②

大空间自然对流换热计算：

$\mathrm{Gr}=\frac{\mathrm{g\&alpha;}{\mathrm{\&Delta;TD}}^3}{{\mathrm{\&gamma;}}^2}$                                                                     ③

10⁴<Gr<5.76×10⁸时为层流，此时，Nu＝0.48(GrPr)^1/4                              ④

Gr>4.65×10⁹时为湍流，此时Nu＝0.1(GrPr)^1/3                                    ⑤

$\mathrm{Nu}=\frac{\mathrm{hD}}{\mathrm{\&lambda;}}$                                                                        ⑥

管状散热器(2)在单位时间内的辐射散热量：                        ⑦

管状散热器(2)在单位时间内的的散热量Φ＝Φ_对+Φ_辐

为了满足GB/T 13754-92“采暖散热器散热量测定标准”的要求，上述管状散热器(2)在单位时间单位体积内的散热量还要满足下面的关系式：

                                  ⑧

上述计算公式中，q为辐射热流密度，ε管状散热器(2)所涂涂料的发射率，σ为玻耳兹曼常数，T₁和T₂分别为管状散热器(2)表面的平均绝对温度和闭式小室(1)六个面的平均绝对温度，T₀为闭式小室(1)中心点空气的绝对温度，h为空气对流换热系数，A为管状散热器(2)的表面积(m²)，Nu为努塞尔数，Pr为普朗特数，Gr为格拉晓夫数，D为管状散热器(2)的内直径(m)，λ为空气导热系数，g为重力加速度，ΔT为管状散热器(2)表面的平均绝对温度和闭式小室(1)中心点空气的绝对温度的差值，α为空气体积膨胀系数，γ为气体运动黏度，V为闭式小室(1)的体积(m³)

上述涂料散热性能的测试装置的测试方法是在满足⑧的条件下来进行的；

以下是涂有涂料甲和涂料乙的不同情况下，计算各个管状散热器(2)的散热量。涂料甲是具有红外发射性能的涂料，涂料乙是市售普通涂料。

甲.涂有涂料甲的管状散热器(2)的散热量计算

稳态时，测定安置了涂有涂料甲的管状散热器(2)的闭式小室(1)的六个面的平均绝对温度为T_2甲＝304.12K，涂有涂料甲的管状散热器(2)表面的平均绝对温度为T_1甲＝345.13K，该闭式小室(1)的中心绝对温度为T_0甲＝302.31，该管状散热器(2)的内直径为_D甲＝0.0254m、管状散热器(2)的长度为L_甲＝0.20m，该管状散热器(2)的表面积为

在计算对流散热量之前，首先应该算出空气对流换热系数的值h_甲，并计算得到定性绝对温度为 $\frac{345.13+302.31}{2}=323.72K,$ 从气体的物理参数表查出相应此温度下的空气参数：λ＝2.83×10^-2W/(m.K)、γ＝17.95×10^-6m²/s、α＝3.09×10^-3K^-1、Pr＝0.698和g＝9.81m²/s。

把上面的数据代入到上述公式③④⑤⑥中计算得出h_甲的值：

Gr_甲＝6.602×10⁴时为层流，此时，

Nu_甲＝0.48×(GrPr)^1/4＝0.48×(6.602×10⁴×0.698)^1/4＝7.033

根据上述公式②，涂有涂料甲的管状散热器(2)对流散热量：

根据上述公式⑦，涂有涂料甲的管状散热器(2)辐射散热量：

$=0.952\&times;2\mathrm{\&pi;}\&times;0.0254/2\&times;20\&times;{10}^{-2}\&times;5.67\&times;{10}^{-8}\&times;({345.13}^4-{304.12}^4)=4.851W$

则：涂有涂料甲的管状散热器(2)的总散热量为Φ_甲＝5.352+4.851＝10.203W/s。这样，涂有涂料甲的管状散热器(2)在单位时间单位体积的散热量为：

${15.625m}^3\&CenterDot;s<\frac{10.203}{0.52\&times;0.52\&times;0.63}W/m^3\&CenterDot;s=59.894W/m^3\&CenterDot;s<87W/m^3\&CenterDot;s$ 满足⑧的要求。

根据上述公式①，涂有涂料甲的管状散热器(2)的辐射热流密度：

乙.涂有涂料乙的管状散热器(2)的散热量计算

稳态时，测定安置了涂有涂料乙的管状散热器(2)的闭式小室(1)的六个面的平均绝对温度为T_2乙＝303.98K，涂有涂料乙的管状散热器(2)表面的平均绝对温度为T_1乙＝343.08K，该闭式小室(1)中心绝对温度为T_0乙＝301.87K，该管状散热器(2)的内直径为D_乙＝0.0254m，管状散热器(2)的长度为L_乙＝0.20m。该管状散热器(2)的的表面积

在计算对流散热量之前，首先应该算出空气对流换热系数h_乙的值，并计算得到定性绝对温度为 $\frac{343.08+301.87}{2}=322.475K$ 从气体的物理参数表查出相应此温度下的空气参数：λ＝2.83×10^-2W/(m·℃)、γ＝17.95×10^-6m²/s、α＝3.1×10^-3K^-1、Pr＝0.698和g＝9.81m²/s。

把上面的数据代入到上述公式③④⑤⑥中计算得出h_乙的值：

Gr_乙＝6.374×10⁴时为层流，此时，

Nu_乙＝0.48×(6.374×10⁴×0.698)^1/4＝6.971

根据上述公式②，涂有涂料乙的管状散热器(2)在单位时间内的的对流散热量：

Φ_对乙＝h_乙A_乙(T_1乙-T_0乙)＝7.767×(2π×0.0254/2)×20×10^-2×41.21＝5.106W/s。

根据上述公式⑦，涂有涂料乙的管状散热器(2)在单位时间内的的辐射散热量：

$=0.921\&times;(2\mathrm{\&pi;}\&times;0.0254/2)\&times;20\&times;{10}^{-2}\&times;5.67\&times;{10}^{-8}\&times;({343.08}^4-{303.98}^4)=4.427W/s$

则涂有涂料乙的管状散热器(2)单位时间内的的总散热量：

Φ_乙＝＝5.106+4.427＝9.533W/s

这样，涂有涂料乙的管状散热器(2)在单位时间单位体积的散热量为：

${15.625W/m}^3\&CenterDot;s<\frac{9.533}{0.52\&times;0.52\&times;0.63}W/m^3\&CenterDot;s=55.961W/m^3\&CenterDot;s<87W/m^3\&CenterDot;s$ 满足⑧的要求。

根据上述公式①，涂有涂料乙的管状散热器(2)的辐射热流密度：

由以上分析可以看出：在计算两个闭式小室(1)中的涂有涂料的管状散热器(2)的散热量时都满足条件⑧，这就说明满足了GB/T 13754-92“采暖散热器散热量测定标准”的要求，因此利用本发明的涂料散热性能的测试装置及其测试方法来测试得的数据是非常准确的。从计算结果得到，涂有涂料甲的管状散热器(2)的总散热量和辐射热流密度比涂有涂料乙的管状散热器(2)的总散热量和辐射热流密度都多，这说明了涂料甲比涂料乙的散热效果好，在散热上起到了积极的作用，这和用图3来体现两者不同所得出的结果是完全一致的。

从得到的数据可计算出涂料甲相对于涂料乙的节能效果：

$\frac{10.203-9.533}{10.203}\&times;100\%=6.567\%$

由上述测试计算结果可以得出：本发明的涂料散热性能的测试装置的测试方法用于评价涂料的散热性能，计算它们的节能效果，并且准确性较高。该方法也用来评价通用散热器的表面散热性能。

实施例3

不同种类涂料的散热等级的分级。

选取五种不同种类的涂料：涂料甲红外辐射涂料、涂料乙芳香族聚氨酯涂料、涂料丙脂肪族聚氨酯涂料、涂料丁环氧树脂涂料和涂料戊醇酸涂料，

a.在图1所示测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料乙，测试和计算方法同实施例2；

b.在图1所示测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料丙，除以下计算部分之外，其他测试和计算方法同实施例2；

丙.涂有涂料丙的管状散热器(2)在单位时间单位体积内的散热量计算

稳态时，测定安置了涂有涂料丙的管状散热器(2)的闭式小室(1)的六个面的平均绝对温度为T_2丙＝303.21K，涂有涂料丙的管状散热器(2)表面的平均绝对温度为T_1丙＝342.09K，该闭式小室(1)中心绝对温度为T_0丙＝301.33K，该管状散热器(2)的内直径为D_丙＝0.0254m，管状散热器(2)的长度为L_丙＝0.20m。该管状散热器(2)的的表面积

在计算对流散热量之前，首先应该算出空气对流换热系数h_丙的值，并计算得到定性绝对温度为 $\frac{342.09+301.33}{2}=321.71K,$ 从气体的物理参数表查出相应此温度下的空气参数：λ＝2.83×10^-2W/(m·℃)、γ＝17.95×10^-6m²/s、α＝3.11×10^-3K^-1、Pr＝0.698和g＝9.81m²/s。

把上面的数据代入到上述公式③④⑤⑥中计算得出h_丙的值：

Gr_丙＝6.325×10⁴时为层流，此时，

Nu_丙＝0.48×(6.325×10⁴×0.698)^1/4＝6.958

根据上述公式②，涂有涂料丙的管状散热器(2)在单位时间内的对流散热量：

Φ_对丙＝h_丙A_丙(T_1丙-T_0丙)＝7.752×(2π×0.0254/2)×20×10^-2×40.76＝5.04W/s。

根据上述公式⑦，涂有涂料丙的管状散热器(2)在单位时间内的辐射散热量：

$=0.919\&times;(2\mathrm{\&pi;}\&times;0.0254/2)\&times;20\&times;{10}^{-2}\&times;5.67\&times;{10}^{-8}\&times;({342.09}^4-{303.21}^4)=4.358W/s$

则涂有涂料丙的管状散热器(2)在单位时间内的总散热量：

Φ_丙＝5.04+4.358＝9.398W/s

这样，涂有涂料丙的管状散热器(2)在单位时间单位体积的散热量为：

${15.625W/m}^3\&CenterDot;s=\frac{9.398}{0.52\&times;0.52\&times;0.63}W/m^3\&CenterDot;s=55.168W/m^3\&CenterDot;s<87W/m^3\&CenterDot;s$ 满足⑧的要求。

根据上述公式①，涂有涂料丙的管状散热器(2)的辐射能密度：

由以上分析可以看出：在计算两个闭式小室(1)中的涂有涂料的管状散热器(2)的散热量时都满足条件⑧，这就说明满足了GB/T13754-92“采暖散热器散热量测定标准”的要求，因此利用本发明的涂料散热性能的测试装置及其测试方法来测试得的数据是非常准确的。从计算结果得到，涂有涂料甲的管状散热器(2)的总散热量和辐射热流密度比涂有涂料丙的管状散热器(2)的总散热量和辐射热流密度都多，这说明了涂料甲比涂料丙的散热效果好，在散热上起到了积极的作用，这和用图3来体现两者不同所得出的结果是完全一致的。

从得到的数据可计算出涂料甲相对于涂料丙的节能效果：

$\frac{10.203-9.398}{10.203}\&times;100\%=7.890\%$

c.在图1所示测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料丁，除以下计算部分之外，其他测试和计算方法同实施例2；

丁.涂有涂料丁的管状散热器(2)在单位时间单位体积内的散热量计算

稳态时，测定安置了涂有涂料丁的管状散热器(2)的闭式小室(1)的六个面的平均绝对温度为T_2丁＝302.56K，涂有涂料丁的管状散热器(2)表面的平均绝对温度为T_1丁＝340.73K，该闭式小室(1)中心绝对温度为T_0丁＝300.29K，该管状散热器(2)的内直径为D_丁＝0.0254m，管状散热器(2)的长度为L_丁＝0.20m。该管状散热器(2)的的表面积

在计算对流散热量之前，首先应该算出空气对流换热系数h_丁的值，并计算得到定性绝对温度为 $\frac{340.73+300.29}{2}=320.51K,$ 从气体的物理参数表查出相应此温度下的空气参数：λ＝2.83×10^-2W/(m·℃)、γ＝17.95×10^-6m²/s、α＝3.12×10^-3K^-1、Pr＝0.698和g＝9.81m²/s。

把上面的数据代入到上述公式③④⑤⑥中计算得出h_丁的值：

Gr_丁＝6.295×10⁴时为层流，此时，

Nu_丁＝0.48×(6.295×10⁴×0.698)^1/4＝6.950

根据上述公式②，涂有涂料丁的管状散热器(2)在单位时间内的对流散热量：

Φ_对丁＝h_丁A_丁(T_1丁-T_0丁)＝7.744×(2π×0.0254/2)×20×10^-2×40.44＝4.995W/s。

根据上述公式⑦，涂有涂料丁的管状散热器(2)在单位时间内的辐射散热量：

$=0.916\&times;(2\mathrm{\&pi;}\&times;0.0254/2)\&times;20\&times;{10}^{-2}\&times;5.67\&times;{10}^{-8}\&times;({340.73}^4-{302.56}^4)=4.223W/s$

则涂有涂料丁的管状散热器(2)在单位时间内的总散热量：

Φ_丁＝4.995+4.223＝9.218W/s

这样，涂有涂料丁的管状散热器(2)在单位时间单位体积的散热量为：

${15.625W/m}^3\&CenterDot;s=\frac{9.218}{0.52\&times;0.52\&times;0.63}W/m^3\&CenterDot;s=54.111W/m^3\&CenterDot;s<87W/m^3\&CenterDot;s$ 满足⑧的要求。

根据上述公式①，涂有涂料丁的管状散热器(2)的辐射能密度：

由以上分析可以看出：在计算两个闭式小室(1)中的涂有涂料的管状散热器(2)的散热量时都满足条件⑧，这就说明满足了GB/T 13754-92“采暖散热器散热量测定标准”的要求，因此利用本发明的涂料散热性能的测试装置及其测试方法来测试得的数据是非常准确的。从计算结果得到，涂有涂料甲的管状散热器(2)的总散热量和辐射热流密度比涂有涂料丁的管状散热器(2)的总散热量和辐射热流密度都多，这说明了涂料甲比涂料丁的散热效果好，在散热上起到了积极的作用，这和用图3来体现两者不同所得出的结果是完全一致的。

从得到的数据可计算出涂料甲相对于涂料丁的节能效果：

$\frac{10.203-9.218}{10.203}\&times;100\%=9.654\%$

d.在图1所示测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料戊，除以下计算部分之外，其他测试和计算方法同实施例2；

戊.涂有涂料戊的管状散热器(2)在单位时间单位体积内的散热量计算

稳态时，测定安置了涂有涂料戊的管状散热器(2)的闭式小室(1)的六个面的平均绝对温度为T_2戊＝301.87K，涂有涂料戊的管状散热器(2)表面的平均绝对温度为T_1戊＝339.91K，该闭式小室(1)中心绝对温度为T_0戊＝300.01K，该管状散热器(2)的内直径为D_戊＝0.0254m，管状散热器(2)的长度为L_戊＝0.20m。该管状散热器(2)的的表面积

在计算对流散热量之前，首先应该算出空气对流换热系数h_戊的值，并计算得到定性绝对温度为 $\frac{339.91+300.01}{2}=319.96K,$ 从气体的物理参数表查出相应此温度下的空气参数：λ＝2.83×10^-2W/(m·℃)、γ＝17.95×10^-6m²/s、α＝3.13×10^-3K^-1、Pr＝0.698和g＝9.81m²/s。

把上面的数据代入到上述公式③④⑤⑥中计算得出h_戊的值：

Gr_戊＝6.231×10⁴时为层流，此时，

Nu_戊＝0.48×(6.231×10⁴×0.698)^1/4＝6.932

根据上述公式②，涂有涂料戊的管状散热器(2)在单位时间内的对流散热量：

Φ_对戊＝h_戊A_戊(T_1戊-T_0戊)＝7.723×(2π×0.0254/2)×20×10^-2×39.9＝4.915W/s。

根据上述公式⑦，涂有涂料戊的管状散热器(2)在单位时间内的辐射散热量：

$=0.915\&times;(2\mathrm{\&pi;}\&times;0.0254/2)\&times;20\&times;{10}^{-2}\&times;5.67\&times;{10}^{-8}\&times;({339.91}^4-{301.84}^4)=4.175W/s$

则涂有涂料戊的管状散热器(2)在单位时间内的总散热量：

Φ_戊＝4.915+4.175＝9.09W/s

这样，涂有涂料戊的管状散热器(2)在单位时间单位体积的散热量为：

${15.625W/m}^3\&CenterDot;s=\frac{9.09}{0.52\&times;0.52\&times;0.63}W/m^3\&CenterDot;s=53.360W/m^3\&CenterDot;s<87W/m^3\&CenterDot;s$ 满足⑧的要求。

根据上述公式①，涂有涂料戊的管状散热器(2)的辐射能密度：

由以上分析可以看出：在计算两个闭式小室(1)中的涂有涂料的管状散热器(2)的散热量时都满足条件⑧，这就说明满足了GB/T 13754-92“采暖散热器散热量测定标准”的要求，因此利用本发明的涂料散热性能的测试装置及其测试方法来测试得的数据是非常准确的。从计算结果得到，涂有涂料甲的管状散热器(2)的总散热量和辐射热流密度比涂有涂料戊的管状散热器(2)的总散热量和辐射热流密度都多，这说明了涂料甲比涂料戊的散热效果好，在散热上起到了积极的作用，这和用图3来体现两者不同所得出的结果是完全一致的。

从得到的数据可计算出涂料甲相对于涂料戊的节能效果：

$\frac{10.203-9.09}{10.203}\&times;100\%=10.91\%$

将涂料的散热性能划分成如下五个散热等级，I级：>58W/m³·s；II级：57～58W/m³·s；III级：56～57W/m³·s；IV级：55～56W/m³·s；V级：54～55W/m³·s；依据上面涂有五种不同种类涂料的管状散热器(2)在单位时间单位体积内的散热量的测试和计算结果，判断五种不同种类涂料各自应该归属的散热等级：涂料甲散热等级达到I级标准，涂料乙散热等级达到IV级标准，涂料丙散热等级达到IV级标准，涂料丁散热等级达到V级标准，涂料戊不属于节能散热涂料。

图3为本实施例中涂料的散热性能测试曲线，由图3看出，随着试验的继续，涂料甲所在的闭式小室(1)的中心温度比涂料乙、丙、丁和戊所在的闭式小室(1)的中心温度都有明显升高，这说明涂料甲具有最好的散热性能。

Claims (10)

1.一种涂料散热性能的测试装置，其特征在于该装置包括：测试主体、热媒系统和温度监测分析系统，其中测试主体由两个用绝热材料制成的闭式小室和分别放置在两个闭式小室中的散热器构成，每个闭式小室的体积为(500～700)×(500～700)×(500～700)mm³，在放置散热器一侧的闭式小室壁面上开有两个直径为2～4mm的圆形开口；热媒系统由上述的两个散热器、加热器、恒温水箱、通水管道、两个流量计、循环水泵、减压阀门和两个调节阀门构成；温度监测分析系统由二十个温度传感器、多路温度电压转换器、多路信号转化卡和计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统构成；上述各个构成部件的安置和连接是这样的：测试主体中：散热器安置在闭式小室内部靠近通水管道一端距离闭式小室壁面10～20cm的位置处，由用树脂玻璃做成的支架支撑，分置于两个闭式小室中的两个散热器要对称放置；热媒系统中：按恒温水箱→循环水泵→减压阀门→流量计→调节阀门→散热器→恒温水箱的顺序依次用通水管道连接，加热器置于恒温水箱内部；温度监测分析系统中：计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统、多路信号转化卡和多路温度电压转换器之间用连接导线连接，多路温度电压转换器用连接导线穿过闭式小室壁面上开有的两个直径为2～4mm的圆形开口或直接分别连接到各个温度传感器上，其中在两个散热器进出口处各放置一个温度传感器作为热源温度传感器，在两个散热器外壁中心位置各固定一个温度传感器作为散热器温度传感器，在两个闭式小室几何中心各放置一个温度传感器作为闭式小室中心温度传感器，在两个闭式小室每个壁面的几何中心点各固定一个温度传感器作为闭式小室壁温传感器。

2.按照权利要求1所述的一种涂料散热性能的测试装置，其特征在于：所述用绝热材料制成的闭式小室，其所用的绝热材料为树脂。

3.按照权利要求1所述的一种涂料散热性能的测试装置，其特征在于：所述闭式小室的内表面涂有吸热涂料，闭式小室的外面粘有泡沫保温板，该泡沫保温板的导热系数≤0.04W/(m·K)。

4.按照权利要求3所述的一种涂料散热性能的测试装置，其特征在于：所述闭式小室的内表面涂有的吸热涂料，是由红外辐射率≥97％和粒径≤120μm的炭黑制成的吸热涂料。

5.按照权利要求1所述的一种涂料散热性能的测试装置，其特征在于：所述闭式小室在放置散热器一侧的闭式小室壁面的水平中线上开有两个直径为2～4mm的圆形开口，两个圆形开口圆心之间的距离为200～300mm。

6.按照权利要求1所述的一种涂料散热性能的测试装置，其特征在于：所述通水管道均采用耐热橡胶管，并外套橡塑保温管；所述流量计采用等压降式流量计；所述循环水泵为热水型微型增压泵。

7.按照权利要求1所述的一种涂料散热性能的测试装置，其特征在于：所述温度传感器采用热电阻或热电偶；所述多路温度电压转换器为多路信号巡检仪；所述多路信号转化卡采用RS-232 RS-545CONVERTER。

8.按照权利要求8所述的一种涂料散热性能的测试装置，其特征在于：所述热电阻是铂电阻Pt10或铂电阻Pt100；所述热电偶是铜-考铜热电偶或铜-康铜热电偶。

9.权利要求1的一种涂料散热性能的测试装置的测试方法是：

I.比较两种涂料的散热性能并求得相对的节能效果

在该测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料乙，要求涂膜质量相等，并干燥72小时备用，热水从恒温水箱经加热器加热后，首先通过通水管道进到循环水泵，为了减小通水管道的压力安装了减压阀门，然后通过通水管道分流进入两个流量计，再分别经过两个调节阀门后分别进入两个散热器，最后热水经通水管道回水回到恒温水箱；接通恒温水箱中加热器的热源，水温设定为80℃，调节两个闭式小室的初始温度至一致，打开由二十个温度传感器、多路温度电压转换管、多路信号转化卡和计算机及其中含带的支持测量和数据记录处理的软件系统构成的温度监测分析系统，记录10分钟的空白数据后打开循环水泵，调节两边流量至80L/h，在试验过程中，温度监测分析系统连续记录散热器表面温度、闭式小室周壁和中心点温度，测试时间为120分钟，由所记录的温度数据绘制出闭式小室温度随时间变化的曲线，计算出各个散热器在单位时间单位体积内的散热量，进而依此确定这两种涂料的散热性能并求得相对的节能效果；

上述涂料散热性能的测试装置的测试方法中所述各个散热器在单位时间单位体积内散热量的计算方法如下：

相关计算公式如下：

散热器的辐射热流密度： $q=\mathrm{\&epsiv;\&sigma;}{T}_1^4$                           ①

闭式小室中散热器的传热包括对流散热和辐射散热两部分：

散热器在单位时间内的的对流散热量：

Φ_对＝hA(T₁-T₀)                                        ②

大空间自然对流换热计算：

$\mathrm{Gr}=\frac{\mathrm{g\&alpha;\&Delta;}{\mathrm{TD}}^3}{{\mathrm{\&gamma;}}^2}$                                            ③

10⁴<Gr<5.76×10⁸时为层流，此时，Nu＝0.11(Gr Pr)^1/3     ④

Gr>4.65×10⁹时为湍流，此时Nu＝0.11(GrPr)^1/4           ⑤

$\mathrm{Nu}=\frac{\mathrm{hD}}{\mathrm{\&lambda;}}$                                              ⑥

散热器在单位时间内的的辐射散热量：

散热器在单位时间内的的总散热量Φ＝Φ_对+Φ_辐；

为了满足GB/T 13754-92“采暖散热器散热量测定标准”的要求，上述散热器在单位时间单位体积内的散热量还要满足下面的关系式：

上述计算公式中，q为辐射热流密度，ε为散热器所涂涂料的发射率，σ为玻耳兹曼常数，T₁和T₂分别为散热器表面的平均绝对温度和闭式小室六个面的平均绝对温度，T₀为闭式小室中心点空气的绝对温度，h为空气对流换热系数，A为散热器的表面积(m²)，Nu为努塞尔数，Pr为普朗特数，Gr为格拉晓夫数，D为散热器空腔的平均内直径(m)，λ为空气导热系数，g为重力加速度，ΔT为散热器表面的平均绝对温度和闭式小室中心点空气的绝对温度的差值，α为空气体积膨胀系数，γ为空气运动粘度，V为闭式小室的体积(m³)；

上述涂料散热性能的测试装置的测试方法是在该散热器在单位时间单位体积内的散热量满足公式⑧的条件下进行的；

在散热器分别涂有涂料甲和涂料乙的不同情况下，计算各个散热器的散热量：

甲.涂有涂料甲的散热器在单位时间单位体积内的的散热量计算

稳态时，测定安置了涂有涂料甲的散热器的闭式小室六个面的平均绝对温度为T_2甲，散热器表面的平均绝对温度为T_1甲，闭式小室中心点空气的绝对温度T_0甲，涂有涂料甲的散热器空腔的平均内径为D_甲(m)，该散热器的的表面积A_甲(m²)，安置了涂有涂料甲的散热器的闭式小室的体积为V_甲(m³)；

在计算对流散热量之前，首先应该算出空气对流换热系数h_甲的值，并计算得到定性绝对温度为

从而我们可以从气体的物理参数表查出相应此温度下的空气参数：λ、γ、α、Pr、g，将其代入到上述公式③④⑤⑥中计算得出h_甲的值；

根据上述公式②，涂有涂料甲的散热器在单位时间内的对流散热量：

Φ_对甲＝h_甲A_甲(T_1甲-T_0甲)

根据上述公式⑦，涂有涂料甲的散热器在单位时间内的辐射散热量：

则：涂有涂料甲的散热器在单位时间内的总散热量：Φ_甲＝Φ_对甲+Φ_辐甲

看涂有涂料甲的散热器在单位时间单位体积的散热量是否满足⑧：

根据上述公式①，涂有涂料甲的散热器的辐射热流密度：

乙.涂有涂料乙的散热器在单位时间单位体积内的的散热量计算

与涂有涂料甲的散热器的散热量计算的测定方法完全相同，得出h_乙的值；

根据上述公式②，涂有涂料乙的散热器在单位时间内的对流散热量：

Φ_对乙＝h_乙A_乙(T_1乙-T_0乙)

根据上述公式⑦，涂有涂料乙的散热器在单位时间内的辐射散热量：

则：涂有涂料乙的散热器在单位时间内的总散热量为：Φ_乙＝Φ_对乙+Φ_辐乙

看涂有涂料乙的散热器在单位时间单位体积的散热量是否满足⑧：

根据上述公式①，涂有涂料乙的散热器的辐射热流密度：

在涂有涂料甲的散热器和涂有涂料乙的散热器在单位时间单位体积的散热量都满足公式⑧的前提下，比较涂有涂料甲的散热器和涂有涂料乙的散热器在单位时间单位体积内的散热量，结论是在单位时间单位体积内散热量大的涂料的散热效果较好，从得到的数据进一步计算出：

涂料甲相对于涂料乙的节能效果＝(Φ_甲—Φ_乙)/Φ_乙×100％；

II.不同种类涂料的散热等级的分级

选取五种不同种类的涂料：涂料甲、涂料乙、涂料丙、涂料丁和涂料戊，

a.在该测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料乙，测试和计算方法同I；

b.在该测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料丙，除以下计算部分之外，其他测试和计算方法同I；

丙.涂有涂料丙的散热器在单位时间单位体积内的的散热量计算

与涂有涂料甲的散热器的散热量计算的测定方法完全相同，得出h_丙的值；

根据上述公式②，涂有涂料丙的散热器在单位时间内的对流散热量：

Φ_对丙＝h_丙A_丙(T_1丙-T_0丙)

根据上述公式⑦，涂有涂料丙的散热器在单位时间内的辐射散热量：

则：涂有涂料丙的散热器在单位时间内的总散热量为：Φ_丙＝Φ_对丙+Φ_辐丙

看涂有涂料丙的散热器在单位时间单位体积的散热量是否满足⑧：

根据上述公式①，涂有涂料丙的散热器的辐射热流密度：

在涂有涂料甲的散热器和涂有涂料丙的散热器在单位时间单位体积的散热量都满足公式⑧的前提下，比较涂有涂料甲的散热器和涂有涂料丙的散热器在单位时间单位体积内的散热量，结论是在单位时间单位体积内散热量大的涂料的散热效果较好，从得到的数据进一步计算出：

涂料甲相对于涂料丙的节能效果＝(Φ_甲—Φ_丙)/Φ_丙×100％；

c.在该测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料丁，除以下计算部分之外，其他测试和计算方法同I；

丁.涂有涂料丁的散热器在单位时间单位体积内的的散热量计算

与涂有涂料甲的散热器的散热量计算的测定方法完全相同，得出h_丁的值；

根据上述公式②，涂有涂料丁的散热器在单位时间内的对流散热量：

Φ_对丁＝h_丁A_丁(T_1丁-T_0丁)

根据上述公式⑦，涂有涂料丁的散热器在单位时间内的辐射散热量：

则：涂有涂料丁的散热器在单位时间内的总散热量为：Φ_丁＝Φ_对丁+Φ_辐丁

看涂有涂料丁的散热器在单位时间单位体积的散热量是否满足⑧：

根据上述公式①，涂有涂料丁的散热器的辐射热流密度：

在涂有涂料甲的散热器和涂有涂料丁的散热器在单位时间单位体积的散热量都满足公式⑧的前提下，比较涂有涂料甲的散热器和涂有涂料丁的散热器在单位时间单位体积内的散热量，结论是在单位时间单位体积内散热量大的涂料的散热效果较好，从得到的数据进一步计算出：

涂料甲相对于涂料丁的节能效果＝(Φ_甲—Φ_丁)/Φ_丁×100％；

d.在该测试装置的分置于两个闭式小室的两个相同的散热器上分别涂上不同种类的涂料甲和涂料戊，除以下计算部分之外，其他测试和计算方法同I；

戊.涂有涂料戊的散热器在单位时间单位体积内的的散热量计算

与涂有涂料甲的散热器的散热量计算的测定方法完全相同，得出h_戊的值；

根据上述公式②，涂有涂料戊的散热器在单位时间内的对流散热量：

Φ_对戊＝h_戊A_戊(T_1戊-T_0戊)

根据上述公式⑦，涂有涂料戊的散热器在单位时间内的辐射散热量：

则：涂有涂料戊的散热器在单位时间内的总散热量为：Φ_戊＝Φ_对戊+Φ_辐戊

看涂有涂料戊的散热器在单位时间单位体积的散热量是否满足⑧：

根据上述公式①，涂有涂料戊的散热器的辐射热流密度：

在涂有涂料甲的散热器和涂有涂料戊的散热器在单位时间单位体积的散热量都满足公式⑧的前提下，比较涂有涂料甲的散热器和涂有涂料戊的散热器在单位时间单位体积内的散热量，结论是在单位时间单位体积内散热量大的涂料的散热效果较好，从得到的数据进一步计算出：

涂料甲相对于涂料戊的节能效果＝(Φ_甲—Φ_戊)/Φ_戊×100％；

将涂料的散热性能划分成如下五个散热等级，I级：>58W/m³·s；II级：57～58W/m³·s；III级：56～57W/m³·s；IV级：55～56W/m³·s；V级：54～55W/m³·s；依据上面不同种类涂料的单位时间单位体积内的散热量的测试和计算结果，判断它们各自应该归属的散热等级。

10.根据权利要求9所述权利要求1的一种涂料散热性能的测试装置的测试方法，其特征在于：所选取的五种不同种类的涂料分别是涂料甲红外辐射涂料、涂料乙芳香族聚氨酯涂料、涂料丙脂肪族聚氨酯涂料、涂料丁环氧树脂涂料和涂料戊醇酸涂料。

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