CN113899576B - 用于测量船舶舱室对流换热系数的测量装置及测量方法 - Google Patents
用于测量船舶舱室对流换热系数的测量装置及测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113899576B CN113899576B CN202111180993.1A CN202111180993A CN113899576B CN 113899576 B CN113899576 B CN 113899576B CN 202111180993 A CN202111180993 A CN 202111180993A CN 113899576 B CN113899576 B CN 113899576B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- temperature sensor
- upper cover
- air outlet
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 60
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 40
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 18
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 9
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 21
- 238000005192 partition Methods 0.000 abstract description 12
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 7
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- G01M99/002—Thermal testing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供一种用于测量船舶舱室对流换热系数的测量装置及测量方法，该测量装置包括制冷环境箱及测试箱，制冷环境箱用于模拟外界低温环境，测试箱用于模拟处于外界低温环境中的船舶舱室，测试箱包括用于模拟船舶舱室的内部隔板的绝热状态的温控系统及用于模拟船舶舱室中的供暖设备的温控系统，使得测量条件更加符合实际情况。通过该测量装置及测量方法，能得到低于‑20℃环境温度下的对流换热系数的经验数值，不仅可以应对各种不同极低温度的冷热负荷计算，而且还能准确支撑设备参数的确定，为船舶舱室空调及加热设备的精细化设计提供有力的理论基础，降低船舶空调及加热设备的能源消耗，也填补了极低温环境下的船舶舱室对流传热系数的空白。
Description
技术领域
本发明涉及船舶舱室传热研究，具体涉及一种用于测量船舶舱室对流换热系数的测量装置及测量方法。
背景技术
随着我国对于南北极航区的开发，越来越多的船舶需要航行在极低环境温度中，并且船舶定员热量和大型设备运行散热直接影响到整船在极低温环境下的空调冷热负荷或舱室加热量，而对于船舶舱室的热负荷或舱室加热量的计算，是通过热平衡计算公式来计算的，计算结果直接影响到空调设备参数或加热设备的确定。
而通常空调设计人员仅仅是在计算热负荷时，依照比舱室实际使用体积大得多的舱室外钢围壁的体积和仅能在饱和空气焓湿表中查到的-20℃的物理数值，来作为空调负荷的计算依据。而在查阅文献和调研的过程中，发现在极低温环境下的船舶舱室空气对流换热系数也缺失，因此，计算结果往往是得到了一个比实际所需大的空调送风量或设备加热量，这样的常规计算不仅不能准确地选型设备，而且还会增加整船的能量负荷。一般地，对流换热系数反映了流体与固体表面之间的换热能力，单位为W/(m2·℃)。对流换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质、换热表面的形状、部位以及流体的流速等都有密切关系。物体表面附近的流体的流速愈大，其表面对流换热系数也愈大。如人处在风速较大的环境中，由于皮肤表面的对流换热系数较大，其散热(或吸热)量也较大。
在极低温环境下，舱室内部需要达到人体舒适的温度，如20℃，就需要舱室内所设置的中央空调装置进行制热，但制热时所要达到的热负荷是根据对流换热系数、传热面积等参数确定的，具体地，对流换热系数与舱室内外温差、舱壁及绝缘的固体导热、热对流以及热辐射等众多因素有关。由于在极低温度下的对流换热系数无法通过查询现有资料获得，因此也就无法准确控制中央空调的运行使其维持所需的热负荷，增加不必要的耗能。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于测量船舶舱室对流换热系数的测量装置及测量方法，用于计算极低温度下的船舶舱室对流换热系数，进而准确控制中央空调的运行，避免不必要的耗能。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于测量船舶对流换热系数的测量装置，所述测量装置包括制冷环境箱，所述制冷环境箱内部设有测试箱、变频风机，所述测试箱包括上盖及箱体，所述变频风机的一侧连接有出风管，所述出风管的出风口设于所述上盖一侧且高于所述上盖的外表面，以使所述变频风机产生的气流通过所述出风管流经所述上盖的外表面，所述制冷环境箱外部连接有制冷设备。
可选的，所述上盖的上表面固定有磁吸式温度传感器，下表面固定有第一温度传感器，所述出风管的出风口还设有风速测试仪。
可选的，所述箱体的4个侧面及底面均为保温板，所述保温板内部夹设有电加热丝，所述箱体的4个侧面及底面的内壁还分别固定有第二温度传感器，所述侧面内壁固定有电加热设备，所述电加热设备连接有循环风扇，所述循环风扇的出风方向与所述上盖平行。
可选的，所述变频风机远离所述出风管的一侧连接有进风管，所述进风管及出风管通过法兰与所述变频风机同轴连接，所述出风管包括喇叭型的第一出风管及扁平型的第二出风管，所述第二出风管在宽度方向的尺寸大于所述上盖在宽度方向的尺寸，以使所述变频风机产生的气流通过所述出风管覆盖所述上盖的整个外表面。
可选的，所述上盖包括壳体，所述壳体包括盖板及连接在所述盖板外围沿上的围板，所述盖板及围板形成的空腔内依次设有第一保温层、第二保温层、包覆层，所述盖板靠近所述第一保温层的一面烧焊有碰钉，且所述碰钉贯穿所述第一保温层、第二保温层及包覆层，所述碰钉的端部固定有与所述包覆层接触的碰钉夹紧片。
可选的，所述上盖的围板外表面固定有锁扣，所述箱体开口的内边缘在所述包覆层上的投影区域固定有密封条。
可选的，所述测量装置还包括控制模块，所述控制模块与所述变频风机、风速测试仪、磁吸式温度传感器、电加热设备、循环风扇、电加热丝、第一温度传感器、第二温度传感器通信连接。
本发明还提供一种船舶舱室对流换热系数的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：
S1：提供所述测量装置，进行接线并开启；
S2：设置并达到所述磁吸式温度传感器的预设温度、风速测试仪的预设风速、第一温度传感器的初始温度、第二温度传感器的初始温度；
S3：通过所述控制模块进行监测并自动调控；
S4：设置测试温度，判断所述第一温度传感器、第二温度传感器的实时温度是否达到测试温度并维持恒定30分钟以上，若不满足条件则执行S3，若满足条件则执行S5；
S5：启动所述控制模块的控温程序，使所述磁吸式温度传感器保持预设温度恒定，风速测试仪保持预设风速恒定，第一温度传感器及第二温度传感器保持测试温度恒定，记录1个试验周期的实验参数，所述试验周期为1小时；
S6：关闭所述控温程序，结束测量。
可选的，所述第一温度传感器的初始温度、第二温度传感器的初始温度均小于所述测试温度，所述第一温度传感器的初始温度大于所述第二温度传感器的初始温度。
可选的，所述实验参数包括时间、所述磁吸式温度传感器的实时温度、所述第一温度传感器及第二温度传感器的实时温度、所述电加热设备的总耗电量及瞬时功率、所述风速测试仪的实时风速。
如上所述，本发明的用于测量船舶舱室对流换热系数的测量装置及测量方法，具有以下有益效果：该测量装置包括制冷环境箱及测试箱，制冷环境箱用于模拟外界低温环境，测试箱用于模拟处于外界低温环境中的船舶舱室，测试箱包括用于模拟船舶舱室的内部隔板的绝热状态的温控系统及用于模拟船舶舱室中的供暖设备的温控系统，使得测量条件更加符合实际情况，也使测试结果更加准确。通过该测量装置及测量方法，能得到低于-20℃环境温度下的空气对流换热系数的经验数值，不仅可以应对各种不同极低温度的冷热负荷计算，而且还能准确支撑设备参数的确定，为船舶舱室空调及加热设备的精细化设计提供有力的理论基础，降低船舶空调及加热设备的能源消耗，也填补了极低温环境下的船舶舱室空气对流传热系数的空白。
附图说明
图1显示为测量装置的主视示意图。
图2显示为出风管的侧视示意图。
图3显示为上盖的剖面示意图。
图4显示为箱体的剖面示意图。
图5显示为箱体的俯视示意图。
图6显示为测量方法的流程示意图。
元件标号说明
1 制冷环境箱
3 制冷设备
6 风速测试仪
7 磁吸式温度传感器
5 变频风机
8 第一固定支架
9 第二固定支架
10 控制模块
21 上盖
22 箱体
42 出风管
41 进风管
211 壳体
212 第一保温层
213 第二保温层
219 包覆层
217 碰钉
218 碰钉夹紧片
228 第一温度传感器
214 把手
216 锁扣
215 密封条
221 电加热丝
224 第二温度传感器
222 电加热设备
225 循环风扇
226 穿线孔
223 固定架
421 第一出风管
422 第二出风管
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。因此，可以预见到例如因为制造技术和/或公差而导致示意图中的形状有所变化。因此，示例性实施例不应该被认为限于图中所示区域的具体形状，而是还可以包括由例如制造工艺造成的形状偏差。在附图中，为了清晰起见，可能会放大某些层和区域的长度和尺寸。
实施例一
本实施例提供一种用于测量船舶对流换热系数的测量装置，如图1所示，所述测量装置包括：
制冷环境箱1，所述制冷环境箱1内部设有测试箱、变频风机5，所述测试箱包括上盖21及箱体22，所述变频风机5的一侧连接有出风管42，所述出风管42的出风口设于所述上盖21一侧且高于所述上盖21的外表面，以使所述变频风机5产生的气流通过所述出风管42流经所述上盖21的外表面，所述制冷环境箱1外部连接有制冷设备3。
具体地，所述制冷环境箱1用于模拟外界低温环境，所述测试箱用于模拟处于外界低温环境中的船舶舱室，由此根据所述测量装置推算出实际船舶舱室的对流换热系数。所述制冷设备3用于营造所述制冷环境箱1内部的低温环境并维持稳定，所述制冷设备3设有冷风出风口及冷风回风口，并与所述制冷环境箱1相连通，用于形成制冷循环，所述制冷环境箱1内部可调整的温度区间在-50℃～0℃。所述变频风机5及所述出风管42用于模拟外界低温环境中的吹风状态。进一步地，所述变频风机5通过第一固定支架8固定于所述制冷环境箱1内部，所述测试箱通过第二固定支架9固定于所述制冷环境箱1内部。
进一步的，所述出风管42的出风口还设有风速测试仪6，所述风速测试仪6用于测定风速，可以采用热线风速仪或热球风速仪。
进一步的，所述变频风机5远离所述出风管42的一侧连接有进风管41，所述进风管41及出风管42通过法兰与所述变频风机5同轴连接。所述出风管42包括喇叭型的第一出风管421及扁平型的第二出风管422，所述第二出风管422在宽度方向AB的尺寸大于所述上盖21在宽度方向AB的尺寸，以使所述变频风机5产生的气流通过所述出风管42覆盖所述上盖21的整个外表面，如图2所示。
具体的，所述进风管41及出风管42用于维持气流的稳定、无扰动，同时便于确定测试实时风速，所述进风管41及出风管42的材质需要耐低温，同时为了确保气流的稳定，所述出风管42风管需要将所述变频风机5的出风气流集中、平缓，因此采用喇叭型的第一出风管421及扁平型的第二出风管422相组合的形式。
进一步地，如图3所示，所述上盖21包括壳体211，所述壳体211包括盖板及连接在所述盖板外围沿上的围板，所述盖板及围板形成的空腔内依次设有第一保温层212、第二保温层213、包覆层219，所述盖板靠近所述第一保温层212的一面烧焊有碰钉217，且所述碰钉217贯穿所述第一保温层212、第二保温层213及包覆层219，所述碰钉217的端部固定有与所述包覆层219接触的碰钉夹紧片218；
具体的，所述上盖21用于模拟船舶舱室与外界低温环境接触的外舱壁，因此所述壳体211与实际外舱壁的结构、材料、厚度等均相同。具体地，所述壳层211的材料为船用AH36钢板，厚度为16mm；所述第一保温层212、第二保温层213为低导热系数的岩棉，厚度分别为50mm、25mm，所述包覆层219的材料为镀锌铁皮，厚度为0.7mm。同时，所述碰钉217及碰钉夹紧片218用于固定所述第一保温层212、第二保温层213及包覆层219，使用所述碰钉217可以减小与所述盖板的焊点面积，从而抑制传热。
进一步地，所述上盖21的上表面固定有磁吸式温度传感器7，下表面固定有第一温度传感器228，所述上盖21的上表面还固定有把手214。所述磁吸式温度传感器7可以方便的吸附到所述上盖21的表面用以测温，并且可以方便的取下。且能够紧密的贴合在所述上盖21的表面，从而准确地反映出所述上盖21的表面温度。所述第一温度传感器228用于测量所述箱体22的内部温度，对应于实际中船舶舱室的室内温度。优选的，所述磁吸式温度传感器7及第一温度传感器228分别位于所述上盖21的上表面及下表面的中心点。
进一步地，所述上盖21的围板外表面固定有锁扣216，用于与所述箱体22扣合时加固密封。
进一步地，所述箱体22开口的内边缘在所述包覆层219上的投影区域固定有密封条215。加装所述密封条215的目的是为了避免确保上盖21与箱体22之间存在缝隙，防止外部低温空气通过缝隙漏进测试箱2的内部，影响测试功率的数据。所述箱体22可承受的所述上盖21的重量不低于50kg。
进一步的，如图4-5所示，所述箱体22的4个侧面及底面均为保温板，厚度为100mm，所述保温板内部夹设有电加热丝221。所述箱体22的4个侧面及底面的内壁还分别固定有第二温度传感器224。此外，所述箱体22内还固定有固定架223，用于实验仪器的放置安装。
具体地，所述保温板及电加热丝221用于模拟船舶舱室的内部隔板的绝热状态，实际中船舶上的舱室不止一个，各个舱室之间通过隔板分隔，在使用供暖设备(如中央空调)对船舱整体供热时，各个舱室的温度也维持相同，由于各舱室温度相同，因此，各舱室之间就不会通过隔板传热，可认为隔板处于绝热状态。在本实施例的测量装置中，由于所述测试箱是用来模拟船舶舱室，船舶舱室的温度一般为20℃，因此测试时测试箱的温度也应维持在20℃，而所述测试箱整个处于所述制冷环境箱1的低温状态下，即使采用所述保温板，所述箱体22的侧面及底面也会不可避免地与所述制冷环境箱1的低温环境发生热交换，耗散热量，因此为了抵消这部分耗散掉的热量，需要对所述箱体22的4个侧面及底面进行加热，以模拟船舶舱室的内部隔板的绝热状态，使测量条件更加符合实际情况，也使测试结果更加准确。所述第二温度传感器224用于实时测量所述箱体22的4个侧面的温度，若温度低于预设温度(例如20℃)，则启动所述电加热丝进行加热，维持所述箱体各个面的温度恒定。需要说明的是，此处对所述第二温度传感器224的数量不做限定，一般来说，所述第二温度传感器224的数量越多，则测温结果越准确，对所述电加热丝221的调控也会更加精准，但是只要在误差允许范围内，也不必设置过多，本实施例中优选的设置方式为所述箱体22的4个侧面及底面的内壁分别固定1个第二温度传感器224。对于所述第二温度传感器224的所在位置，应保证所述第二温度传感器224为均匀分布，如图4-5所示，本实施例中各个所述第二温度传感器224位于同一高度且相互之间的距离相等，优选为各个面的中心点。
进一步地，所述侧面内壁固定有电加热设备222，所述电加热设备222连接有循环风扇225，所述电加热设备222周围设有贯穿所述保温板的穿线孔226，所述循环风扇的出风方向与所述上盖21平行。
具体地，所述电加热设备222用于模拟船舶舱室中的供暖设备，如中央空调；所述循环风扇225用于增强热扩散；固定有所述电加热设备222及循环风扇225的侧面用来模拟船舶舱室的屋顶，与其相对的另一侧面则用来模拟船舶舱室的地面，因为中央空调的出风方向通常为屋顶至地面，这样更加接近舱室中开启中央空调的实际使用状态。所述循环风扇的风速在2-3m/s左右即可，功率为150W。所述第一温度传感器228用于测量所述箱体22的内部温度，对应于实际中船舶舱室的室内温度。当所述第一温度传感器228的实时温度低于设定温度时，则开启所述电加热设备222进行加热，以维持所述箱体22的内部温度稳定，并统计所述电加热设备的功率值，即可推算出所述上盖21外表面的对流换热系数，即对应于实际的船舶舱室与外界低温环境接触的舱壁外表面的对流换热系数。具体原理如下：
整个测量装置中，所述上盖21的导热结构为三明治结构，符合传热方程式：
Q＝KA(|t1-t2|)
其中，Q为热流量，单位为W；K为总传热系数，单位为W/(m2·℃)；t1、t2分别代表所述磁吸式温度传感器7的测试温度(对应于船舶舱室与外界低温环境接触的舱壁外表面温度)、第一温度传感器228的测试温度(对应于船舶舱室与外界低温环境接触的舱壁内表面温度)；A为传热面积，单位为m2；
测试时，需保持t1、t2的温度恒定，因为所述制冷环境箱1为低温环境，所述箱体22中的热量会通过所述上盖21耗散，如要维持所述箱体22内的温度(即t2)恒定，就必须通过所述电加热设备222对所述箱体22内部加热，在此过程中所述电加热设备222产生的热流量即上式中的Q，通过测定所述电加热设备222的功率值，再乘上有效率进行折算，即可得出Q，再将t1、t2、A带入，即可得出K。然后再通过下式得到所述上盖21的外表面的对流换热系数。
其中，α1、α2分别代表所述上盖21的外表面的对流换热系数(对应于船舶舱室与外界低温环境接触的舱壁外表面的对流换热系数)、所述上盖21的内表面的对流换热系数(对应于船舶舱室与外界低温环境接触的舱壁内表面的对流换热系数)；δ代表所述上盖21的厚度(对应于船舶舱室与外界低温环境接触的舱壁厚度)，单位为m；λ代表所述上盖21的导热系数(对应于船舶舱室与外界低温环境接触的舱壁的导热系数)，单位为W/(m·K)；其中α2可通过《实用制冷与空调工程手册》查询得到，20℃下的带空调风的舱壁内表面的对流换热系数α2为8.7W/(m2·K)。
整个测量装置包括2套温控系统，一套是用于模拟船舶舱室的内部隔板的绝热状态的温控系统，包括所述保温板、电加热丝221及第二温度传感器224；另外一套是用于模拟船舶舱室中的供暖设备的温控系统，包括所述电加热设备222、循环风扇225、第一温度传感器228。最终通过测定电加热设备222的工作功率进而得到其提供的热流量Q，通过公式推导得出α1，从而得出实际的船舶舱室与外界低温环境接触的舱壁外表面的对流换热系数。
进一步的，如图1所示，所述测量装置还包括控制模块10，所述控制模块10与所述变频风机5、风速测试仪6、磁吸式温度传感器7、电加热设备222、循环风扇225、电加热丝221、第一温度传感器228、第二温度传感器224通信连接，所述控制模块10用于实时监测各个部件的运行状态并进行调控。
实施例二
本实施例提供一种船舶舱室对流换热系数的测量方法，如图6所示，所述测量方法包括以下步骤：
S1：提供实施例一中的所述测量装置，进行接线并开启；
S2：设置并达到所述磁吸式温度传感器的预设温度、风速测试仪的预设风速、第一温度传感器的初始温度、第二温度传感器的初始温度；
S3：通过所述控制模块进行监测并自动调控；
S4：设置测试温度，判断所述第一温度传感器、第二温度传感器的实时温度是否达到测试温度并维持恒定30分钟以上，若不满足条件则执行S3，若满足条件则执行S5；
S5：启动所述控制模块的控温程序，使所述磁吸式温度传感器保持预设温度恒定，风速测试仪保持预设风速恒定，第一温度传感器及第二温度传感器保持测试温度恒定，记录1个试验周期的实验参数；
S6：关闭所述控温程序，结束测量。
整个测量方法中，所述磁吸式温度传感器代表所述制冷环境箱的内部温度，通过所述制冷设备3进行调控；所述风速测试仪代表所述上盖表面的风速，通过所述变频风机5进行调控；所述第一温度传感器、第二温度传感器的实时温度分别通过控制所述电加热设备222、电加热丝221的工作与否进行调控。所述试验周期可以根据需要自行调整，但建议试验周期大于30分钟，目的是为了获取更多的试验数据，获取更真实、准确地试验数据，本实施例中为1小时。
进一步地，所述测量方法还包括：
改变所述磁吸式温度传感器的预设温度、风速测试仪的预设风速，重复步骤S2-S5，以获得不同条件下的对流换热系数。
进一步地，所述实验参数包括时间、所述磁吸式温度传感器7的实时温度、所述第一温度传感器及第二温度传感器的实时温度、所述电加热设备222的总耗电量及瞬时功率、所述风速测试仪6的实时风速。
进一步地，所述第一温度传感器的初始温度、第二温度传感器的初始温度均小于所述测试温度，所述第一温度传感器的初始温度大于所述第二温度传感器的初始温度。本实施例中，所述第一温度传感器的初始温度设为18.5℃，所述第二温度传感器的初始温度设为18℃，所述测试温度为20℃。因为所述第一温度传感器及第二温度传感器测量出的实时温度具有滞后性，当所述第一温度传感器及第二温度传感器的实时温度达到其各自的初始温度时，此时，虽然停止了所述电加热设备222及电加热丝221的加热，但是所述电加热设备222及电加热丝221仍保留有余热，保留的余热可以进一步促使箱体22的内部温度上升至测试温度。因此，设定所述第一温度传感器的初始温度、第二温度传感器的初始温度小于测试温度的温度值，避免所述箱体22内部温度过高，防止出现温度过冲现象。此外，由于所述第一温度传感器固定于所述上盖，所述上盖与所述制冷环境箱的低温环境有更多的热交换，也更容易损耗热量，因此限定所述第一温度传感器的初始温度大于所述第二温度传感器的初始温度，这样更容易使所述第一温度传感器及第二温度传感器的的实时温度同时到达所述测试温度。
应当理解的是，步骤S4中设定的测试温度应是所述第一温度传感器及第二温度传感器都要保持的温度值，因为所述第一温度传感器228是用于模拟船舶舱室中的供暖设备的温控系统，所述第二温度传感器224是用于模拟船舶舱室的内部隔板的绝热状态。当舱室的温度恒定时，舱室的内部隔板就不存在热交换，因此舱室内及舱室的内部隔板应保持温度一致，所以本测试装置中设定的测试温度应是所述第一温度传感器及第二温度传感器都要保持的温度值。
所述磁吸式温度传感器的预设温度可以设定为0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃、-30℃、-35℃、-40℃、-45℃、-50℃，风速测试仪的预设风速可以设定为0m/s、8m/s、16m/s，由此共模拟33种外界环境条件，并分别得到各环境条件下的对流换热系数。
综上所述，本发明提供一种用于测量船舶舱室对流换热系数的测量装置及测量方法，该测量装置包括制冷环境箱及测试箱，制冷环境箱用于模拟外界低温环境，测试箱用于模拟处于外界低温环境中的船舶舱室，测试箱包括用于模拟船舶舱室的内部隔板的绝热状态的温控系统及用于模拟船舶舱室中的供暖设备的温控系统，使得测量条件更加符合实际情况，也使测试结果更加准确。通过该测量装置及测量方法，能得到低于-20℃环境温度下的空气对流换热系数的经验数值，不仅可以应对各种不同极低温度的冷热负荷计算，而且还能准确支撑设备参数的确定，为船舶舱室空调及加热设备的精细化设计提供有力的理论基础，降低船舶空调及加热设备的能源消耗，也填补了极低温环境下的船舶舱室空气对流传热系数的空白。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种用于测量船舶对流换热系数的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括制冷环境箱，所述制冷环境箱内部设有测试箱、变频风机，所述测试箱包括上盖及箱体，所述变频风机的一侧连接有出风管，所述出风管的出风口设于所述上盖一侧且高于所述上盖的外表面，以使所述变频风机产生的气流通过所述出风管流经所述上盖的外表面，所述制冷环境箱外部连接有制冷设备；
所述上盖的上表面固定有磁吸式温度传感器，下表面固定有第一温度传感器，所述出风管的出风口还设有风速测试仪；
所述箱体的4个侧面及底面均为保温板，所述保温板内部夹设有电加热丝，所述箱体的4个侧面及底面的内壁还分别固定有第二温度传感器，所述侧面内壁固定有电加热设备，所述电加热设备连接有循环风扇，所述循环风扇的出风方向与所述上盖平行；
所述测量装置还包括控制模块，所述控制模块与所述变频风机、风速测试仪、磁吸式温度传感器、电加热设备、循环风扇、电加热丝、第一温度传感器、第二温度传感器通信连接。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述变频风机远离所述出风管的一侧连接有进风管，所述进风管及出风管通过法兰与所述变频风机同轴连接，所述出风管包括喇叭型的第一出风管及扁平型的第二出风管，所述第二出风管在宽度方向的尺寸大于所述上盖在宽度方向的尺寸，以使所述变频风机产生的气流通过所述出风管覆盖所述上盖的整个外表面。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述上盖包括壳体，所述壳体包括盖板及连接在所述盖板外围沿上的围板，所述盖板及围板形成的空腔内依次设有第一保温层、第二保温层、包覆层，所述盖板靠近所述第一保温层的一面烧焊有碰钉，且所述碰钉贯穿所述第一保温层、第二保温层及包覆层，所述碰钉的端部固定有与所述包覆层接触的碰钉夹紧片。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述上盖的围板外表面固定有锁扣，所述箱体开口的内边缘在所述包覆层上的投影区域固定有密封条。
5.一种船舶舱室对流换热系数的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：
S1：提供如权利要求4所述的测量装置，进行接线并开启；
S2：设置并达到所述磁吸式温度传感器的预设温度、风速测试仪的预设风速、第一温度传感器的初始温度、第二温度传感器的初始温度；
S3：通过所述控制模块进行监测并自动调控；
S4：设置测试温度，判断所述第一温度传感器、第二温度传感器的实时温度是否达到测试温度并维持恒定30分钟以上，若不满足条件则执行S3，若满足条件则执行S5；
S5：启动所述控制模块的控温程序，使所述磁吸式温度传感器保持预设温度恒定，风速测试仪保持预设风速恒定，第一温度传感器及第二温度传感器保持测试温度恒定，记录1个试验周期的实验参数，所述试验周期为1小时；
S6：关闭所述控温程序，结束测量；
对流换热系数的计算方法为：
上盖的导热结构为三明治结构，符合传热方程式：Q＝KA(|t1-t2|)
其中，Q为热流量，单位为W；K为总传热系数，单位为W/(m2·℃)；t1、t2分别代表所述磁吸式温度传感器的测试温度、第一温度传感器的测试温度；A为传热面积，单位为m2；
测试时，保持t1、t2的温度恒定，因为所述制冷环境箱为低温环境，所述箱体中的热量会通过所述上盖耗散，如要维持所述箱体内的温度t2恒定，就必须通过所述电加热设备对所述箱体内部加热，在此过程中所述电加热设备产生的热流量即上式中的Q，通过测定所述电加热设备的功率值，再乘上有效率进行折算，得出Q，再将t1、t2、A带入，得出K；然后再通过下式得到所述上盖的外表面的对流换热系数α1：
其中，α1、α2分别代表所述上盖的外表面的对流换热系数、所述上盖的内表面的对流换热系数；δ代表所述上盖的厚度；λ代表所述上盖的导热系数，单位为W/(m·K)；其中α2通过查询得到，20℃下的带空调风的舱壁内表面的对流换热系数α2为8.7W/(m2·K)。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述第一温度传感器的初始温度、第二温度传感器的初始温度均小于所述测试温度，所述第一温度传感器的初始温度大于所述第二温度传感器的初始温度。
7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述实验参数包括时间、所述磁吸式温度传感器的实时温度、所述第一温度传感器及第二温度传感器的实时温度、所述电加热设备的总耗电量及瞬时功率、所述风速测试仪的实时风速。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111180993.1A CN113899576B (zh) | 2021-10-11 | 2021-10-11 | 用于测量船舶舱室对流换热系数的测量装置及测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111180993.1A CN113899576B (zh) | 2021-10-11 | 2021-10-11 | 用于测量船舶舱室对流换热系数的测量装置及测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113899576A CN113899576A (zh) | 2022-01-07 |
| CN113899576B true CN113899576B (zh) | 2024-06-11 |
Family
ID=79191235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111180993.1A Active CN113899576B (zh) | 2021-10-11 | 2021-10-11 | 用于测量船舶舱室对流换热系数的测量装置及测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113899576B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203012558U (zh) * | 2012-12-27 | 2013-06-19 | 西安飞豹科技发展公司 | 飞机吊舱密封舱环境控制系统 |
| KR20160004611A (ko) * | 2014-07-03 | 2016-01-13 | 한국건설생활환경시험연구원 | 열관류율 측정장치 및 열관류율 측정장치에 사용되는 냉각장치 |
| KR101692824B1 (ko) * | 2015-10-29 | 2017-01-05 | 국방과학연구소 | 고도모사 시험장치 및 시험방법 |
| CN107271480A (zh) * | 2017-07-04 | 2017-10-20 | 清华大学 | 人体运动状态下对流换热系数的实验测试系统及控制方法 |
| CN108717017A (zh) * | 2018-08-07 | 2018-10-30 | 上海海事大学 | 极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置 |
| CN110208313A (zh) * | 2019-06-12 | 2019-09-06 | 北京机电工程研究所 | 一种用于综合环境应力试验的强制对流换热试验装置 |
| WO2020015375A1 (zh) * | 2018-07-18 | 2020-01-23 | 大连理工大学 | 一种气动热环境试验模拟条件的参数相似方法 |
| CN111830082A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-27 | 天津大学 | 一种客机巡航状态下舱壁传热实验模拟装置 |
-
2021
- 2021-10-11 CN CN202111180993.1A patent/CN113899576B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203012558U (zh) * | 2012-12-27 | 2013-06-19 | 西安飞豹科技发展公司 | 飞机吊舱密封舱环境控制系统 |
| KR20160004611A (ko) * | 2014-07-03 | 2016-01-13 | 한국건설생활환경시험연구원 | 열관류율 측정장치 및 열관류율 측정장치에 사용되는 냉각장치 |
| KR101692824B1 (ko) * | 2015-10-29 | 2017-01-05 | 국방과학연구소 | 고도모사 시험장치 및 시험방법 |
| CN107271480A (zh) * | 2017-07-04 | 2017-10-20 | 清华大学 | 人体运动状态下对流换热系数的实验测试系统及控制方法 |
| WO2020015375A1 (zh) * | 2018-07-18 | 2020-01-23 | 大连理工大学 | 一种气动热环境试验模拟条件的参数相似方法 |
| CN108717017A (zh) * | 2018-08-07 | 2018-10-30 | 上海海事大学 | 极地航行船舶材料低温环境摩擦碰撞性能测试装置 |
| CN110208313A (zh) * | 2019-06-12 | 2019-09-06 | 北京机电工程研究所 | 一种用于综合环境应力试验的强制对流换热试验装置 |
| CN111830082A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-27 | 天津大学 | 一种客机巡航状态下舱壁传热实验模拟装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 极地环境船舶舱室保温设计探讨;方永红 等;广东造船;20161031(第5期);第29-31页 * |
| 船舶围壁空气层自然对流对传热系数的影响分析;李伟光 等;建筑热能通风空调;20140930;第33卷(第5期);第38-40页 * |
| 载人飞船座舱内空气对流换热地面模拟;张学学 等;清华大学学报(自然科学版);19990630;第39卷(第6期);第67-70页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113899576A (zh) | 2022-01-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109781783B (zh) | 一种多功能热湿特性同步测试实验台 | |
| CN105486533B (zh) | 一种热电制冷装置性能测试系统及测试方法 | |
| US9714873B2 (en) | Method and equipment for measuring the heat flow through constructions | |
| CN106934247B (zh) | 基于表面热平衡的大空间分层空调负荷计算方法 | |
| US20220136912A1 (en) | Method for measuring heat dissipation of electromechanical device | |
| Wojtkowiak et al. | A new type of cooling ceiling panel with corrugated surface—Experimental investigation | |
| CN104858000A (zh) | 一种生化培养箱 | |
| CN201697888U (zh) | 一种单一材料围护结构热惰性指标的检测装置 | |
| CN204544215U (zh) | 一种生化培养箱 | |
| CN113899576B (zh) | 用于测量船舶舱室对流换热系数的测量装置及测量方法 | |
| Yang et al. | Heat transfer between occupied and unoccupied zone in large space building with floor-level side wall air-supply system | |
| CN106370693B (zh) | 一种湍流混合对流传热实验装置 | |
| CN106990268A (zh) | 电化学综合测试仪 | |
| WO2021057021A1 (zh) | 大空间建筑分层空调非稳态辐射热转移负荷计算方法 | |
| Kim et al. | Thermostat Environment Emulator Design Update and Assessment for Load-Based Testing Methodology | |
| CN106292767B (zh) | 分区控温系统及装置 | |
| CN111709199B (zh) | 测量设备发热量的方法 | |
| CN104089787A (zh) | 基于外环境控制的辐射末端性能测试试验装置 | |
| CN211886909U (zh) | 一种新型高低温湿热试验箱 | |
| CN211148483U (zh) | 一种一箱温度冲击试验箱 | |
| JP3608655B2 (ja) | 冷凍能力試験方法およびその装置 | |
| RU195910U1 (ru) | Стенд для исследования теплообмена | |
| CN207020107U (zh) | 一种用于检测建筑外围护结构现场传热系数的可调控环境冷热箱 | |
| Rees | Modelling of displacement ventilation and chilled ceiling systems using nodal models | |
| CN104089786A (zh) | 基于控制辐射板的辐射末端性能测试试验装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |