CN117250227B - 一种3d打印混凝土表面换热特性定温测试系统、方法及应用 - Google Patents

一种3d打印混凝土表面换热特性定温测试系统、方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN117250227B
CN117250227B CN202311538098.1A CN202311538098A CN117250227B CN 117250227 B CN117250227 B CN 117250227B CN 202311538098 A CN202311538098 A CN 202311538098A CN 117250227 B CN117250227 B CN 117250227B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tested
test piece
heat
heat exchange
temperature
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
Application number
CN202311538098.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117250227A (zh
Inventor
袁艳平
郑凯杰
张海军
曹晓玲
蒋福建
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN202311538098.1A priority Critical patent/CN117250227B/zh
Publication of CN117250227A publication Critical patent/CN117250227A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117250227B publication Critical patent/CN117250227B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20Investigating 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)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

本发明公开一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统、方法及应用,涉及应用热方法测试技术领域,解决了围护结构的传热系数、热惰性等热工性能难以准确计算,相应的热工设计难以开展的技术问题,本发明包括待测试件、控温单元、参数采集单元以及数据处理单元;所述控温单元便于控制待测试件的温度;所述参数采集单元设置于控温单元上且与数据处理单元电连接,其目的在于,通过上述的换热特性测试系统,能够匹配不同的构件,并且精确测得需要的热工性能数据,从而自动直观得出不同的构件的平均传热系数K。

Description

一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统、方法及应用
技术领域
本发明属于应用热方法测试技术领域,具体涉及一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统、方法及应用。
背景技术
随着建筑领域“双碳”战略的逐渐开展,对3D打印混凝土热工性能的关注也在逐渐上升;部分研究提出3D打印混凝土围护结构极具特色的表面层叠条纹结构与内部构造,具有减少空调系统能源消耗和改善室内热舒适水平的潜力;但目前而言,对3D打印混凝范土热物性的相关研究仍处在初期探索阶段,其条纹表面换热(对流/辐射)特征的不明确导致工程上难以有效界定3D打印构件/构造的内外表面热阻,其所形成围护结构的传热系数、热惰性等热工性能难以准确计算,相应的热工设计难以开展。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种表面换热特性测试系统、方法及应用,通过上述的换热特性测试系统,能够匹配不同的构件,并且精确测得需要的热工性能数据,从而自动直观得出不同的构件的平均传热系数K;
由于相较于平整的混凝土表面,3D打印条纹混凝土表面的等效换热面积大,对流流动运动阻力也更大,因此要维持其表面温度的相对均匀所采取具体措施与平整混凝土表面的有较大差异;
因此本发明基于3D打印混凝土的特性所得出的构件/构造平均传热系数K等热工性能,工程分析中一方面可准确预测预测3D打印建筑室内的冷/热负荷,为空调、供暖等环控设备与系统的设计和运行提供相应的依据;另一方面,准确表征构件表面的换热强度,也有助于结构专业正确分析3D打印混凝土构件/构造在各类环境影响下的热应力水平,进而保证其稳定性与耐久度。
本发明采用的技术方案如下:
一种表面换热特性测试系统,包括待测试件、控温单元、参数采集单元以及数据处理单元;
所述控温单元便于控制待测试件的温度;
所述参数采集单元设置于控温单元上且与数据处理单元电连接。
优选的,所述控温单元包括定型支撑外框、侧边隔热层、加热单元以及后隔热层,所述待测试件嵌设于所述侧边隔热层的内部,所述侧边隔热层嵌设于所述定型支撑外框的内部,所述定型支撑外框嵌设于所述后隔热层的内部,所述加热单元设置于待测试件与后隔热层之间。
采用上述技术方案,侧边隔热层以及后隔热层能减少装置向后侧和后边散发的热量,使热量尽量从表面发出,从而能够使测试的环境达到精确。
优选的,所述加热单元上设置有数个横向加热片以及数个纵向加热片,数个所述横向加热片沿高度方向设置,数个所述横向加热片的两侧分别设置有纵向加热片。
采用上述技术方案,通过横向加热片以及纵向加热片的布置,能够最大限度的模拟各个不同的对流工况,从而为表面换热特性的测试提供最佳的条件。
优选的,所述参数采集单元包括数个热流密度计以及热电偶,数个所述热电偶贴附于待测试件的外表面,数个热流密度计配合设置于控温单元的内部。
采用上述技术方案,采用多处布点的热电偶,便于测试出不同的区域待测试件的温度,从而有针对性的对待测试件的温度进行针对性的调整。
优选的,数个所述热流密度计、数个所述热电偶以及控温单元分别与所述数据处理单元电连接。
采用上述技术方案,加热单元对待测试件进行加热,热电偶监测不同区域的局部温度以及平均温度,当试件与环境件的换热条件稳定时,某局部监测点的局部温度高于所需表面平均温度,热电偶将电信号传输至数据处理单元,数据处理单元发出指令,则调高加热单元加热功率;如某局部监测点的局部温度高于所需表面平均温度,热电偶将电信号传输至数据处理单元,数据处理单元发出指令,则调底加热单元加热功率;与此同时热流密度计将测得数据反馈至数据处理单元,从而数据处理单元输出测得的整体平均传热系数K。
一种采用表面换热特性测试系统的表面换热测试方法,采用上述的一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统,包括以下步骤:
步骤1:将待测试件安装在控温单元上,将参数采集单元安装于待测试件的表面;
步骤2:将3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统置于稳定受控的室内环境中;
步骤3:分别测出待测试件表面向周边环境散发的热量Q、待测试件的表面积A、待测试件表面平均温度Tav、周边环境的空气温度Ta、待测试件表面所接收的平均辐射热强度Esr以及待测试件表面的辐射发射率ε,从而计算出综合换热系数hz、表面辐射换热系数hra以及表面对流换热系数hcv
其中,综合换热系数hz的计算公式为
其中,表面辐射换热系数hra的计算公式为
其中,表面对流换热系数hcv的计算公式为
步骤5:计算出整体平均传热系数K,
式中δi为第i层构件组成材料的厚度;λi为第i层构件组成材料的导热系数,an与aw则分别为构件内/外表面的综合换热系数hz,Cb为黑体辐射常数,R为单位面积传热热阻,进而用于工程设计中计算不同3D打印混凝土构件使用条件下的热工性能。
优选的,步骤1中,测试迎风冲击型强迫对流工况时,以位于加热单元中心的加热片的加热功率设置为基准每横排的加热片功率由上到下先减少后增加,每竖列的加热片功率设置为由左到右先减少后增加;测试自然对流工况和外掠平板型强迫对流工况时,以位于最下排的加热片的加热功率为基准,每横排的加热功率由上到下逐渐增加,每竖列的加热片功率设置为相同数值。
优选的,其中,待测试件表面向周边环境散发的热量Q的测量方法为热流密度计直接测量法,具体步骤为:
步骤301:在待测试件与加热单元之间增加热流测量段,热流测量段由底板与数个热流密度计组成,并对角线均匀等距布置;底板与热流密度计的总厚度控制在2~4mm;底板为材质与热流密度计相同的填充敷料;
步骤302:测试系统组装完成并进行测试,读取稳定条件下各热流密度计的读数,并将其平均值乘以待测试件的表面积A,即可获得待测试件表面向周边环境散发的热量Q。
优选的,所述待测试件表面平均温度Tav的测试方法包括以下步骤,
步骤303:采用精度在±0.3℃以内的热电偶或热电阻传感器,以间距相等的整列形式平整贴附于试件表面;每一个热电偶或热电阻传感器的贴附处为一个温度测点;
步骤304:分别测出每个测点的温度Ti
步骤305:测出待测试件表面的平均温度Tav
其中,温度测点之间的竖直间隔为D1、水平间隔为D2;最边缘的温度测点与待测试件两侧缘的间距为D2/2、与待测试件上下缘间隔为D1/2;D1=L/n1,D2=H/n2,式中n1和n2分别为温度测点的总行数和总列数,L为待测试件表面的竖直高度,H为待测试件表面的横向长度。
一种采用表面换热特性测试系统的表面换热测试方法针对3D打印混凝土待测试件的应用,采用上述的一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试方法。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
通过上述的换热特性测试系统,能够匹配不同的构件,并且精确测得需要的热工性能数据,从而自动直观得出不同的构件的平均传热系数K;
基于所得出的构件/构造平均传热系数K等热工性能,工程分析中一方面可准确预测预测3D打印建筑室内的冷/热负荷,为空调、供暖等环控设备与系统的设计和运行提供相应的依据;另一方面,准确表征构件表面的换热强度,也有助于结构专业正确分析3D打印混凝土构件/构造在各类环境影响下的热应力水平,进而保证其稳定性与耐久度。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
图1是本发明中一种表面换热特性测试系统结构示意图;
图2是本发明中热流密度计的安装位置结构示意图;
图3是本发明中热电偶在待测试件外表面的安装结构示意图;
图4是本发明中加热单元的布置示意图及相关编号。
附图标记
1-待测试件;2-侧边隔热层;3-定型支撑外框;4-加热单元;5-后隔热层;6-热流测量段;601-底板;602-热流密度计;7-热电偶。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和标示出的本申请实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合图1~4对本发明作详细说明。
实施例1
模拟自然对流工况,参照附图1,一种表面换热特性测试系统,包括待测试件1、控温单元、参数采集单元以及数据处理单元;
其中待测试件为尺寸1m*1m的3D打印混凝土条纹状待测试件;
所述控温单元便于控制待测试件1的温度;
所述参数采集单元设置于控温单元上且与数据处理单元电连接。
本实施例中,所述控温单元包括定型支撑外框3、侧边隔热层2、加热单元4以及后隔热层5,所述待测试件1嵌设于所述侧边隔热层2的内部,所述侧边隔热层2嵌设于所述定型支撑外框3的内部,所述定型支撑外框3嵌设于所述后隔热层5的内部,所述加热单元4设置于待测试件1与后隔热层5之间。
其中,控温单元的各个部件均采用耐热无机材料。
其中,定型支撑外框3、侧边隔热层2、加热单元4以及后隔热层5之间的缝隙处涂有导热硅胶。
其中,隔热层厚度δc可简单通过下式估算:式中λC为隔热层导热系数;ΔTC为隔热层内外侧温差,在无依据时可取10℃;Qc为允许从侧边散发的总热量,通常为加热单元4加热功率的5%~10%。
本实施例中,所述加热单元4上设置有5*5个整列排布的加热片,每个所述加热片的功率均可以独立控制。
所述加热单元4中,参照附图4,以编号H5L1(最下排第一片)的加热功率为基准,基准加热功率为7.2W,其余加热片的加热倍率如下表所示:
表1:实施例1中各编号加热片加热功率倍率
所述参数采集单元包括五个热流密度计602以及九个热电偶7,所述热电偶7贴附于待测试件1的外表面,五个热流密度计602配合设置于控温单元的内部。
其中,参照附图2,五个热流密度计602呈对角线均匀等间距分布于底板601上,底板601嵌设于待测试件1以及加热单元4之间。
每个所述热流密度计602、每个所述热电偶7、每个所述横向加热片以及每个所述纵向加热片分别与所述数据处理单元电连接。
所述数据处理单元采用PLC控制单元。
测试时,系统静置与稳定的恒温环境中,稳定后环境温度为26℃左右。
采用如下方法进行表面换热特性测试:
步骤1:将待测试件1安装在控温单元上,将参数采集单元安装于待测试件1的表面;
步骤2:将3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统置于稳定受控的室内环境中;
步骤3:分别测出待测试件1表面向周边环境散发的热量Q、待测试件1的表面积A、待测试件1表面平均温度Tav、周边环境的空气温度Ta、待测试件1表面所接收的平均辐射热强度Esr以及待测试件1表面的辐射发射率ε,从而计算出综合换热系数hz、表面辐射换热系数hra以及表面对流换热系数hcv
其中,综合换热系数hz的计算公式为
其中,表面辐射换热系数hra的计算公式为
其中,表面对流换热系数hcv的计算公式为
步骤5:计算出整体平均传热系数K,
式中δi为第i层构件组成材料的厚度;λi为第i层构件组成材料的导热系数,an与aw则分别为构件内/外表面的综合换热系数hz,Cb为黑体辐射常数,R为单位面积传热热阻,进而用于工程设计中计算不同3D打印混凝土构件使用条件下的热工性能。
本实施例中,步骤1中,测试迎风冲击型强迫对流工况时,以位于加热单元中心的加热片的加热功率设置为基准每横排的加热片功率由上到下先减少后增加,每竖列的加热片功率设置为由左到右先减少后增加;测试自然对流工况和外掠平板型强迫对流工况时,以位于最下排的加热片的加热功率为基准,每横排的加热功率由上到下逐渐增加,每竖列的加热片功率设置为相同数值。
本实施例中,待测试件1表面向周边环境散发的热量Q的测量方法为热流密度计602直接测量法,具体步骤为:
步骤301:在待测试件1与加热单元4之间增加热流测量段6,热流测量段6由底板601与数个热流密度计602组成,并对角线均匀等距布置;底板601与热流密度计602的总厚度控制在2~4mm;底板601为材质与热流密度计602相同的填充敷料;
步骤302:测试系统组装完成并进行测试,读取稳定条件下各热流密度计602的读数,并将其平均值乘以待测试件1的表面积A,即可获得待测试件1表面向周边环境散发的热量Q。
本实施例中,所述待测试件1表面平均温度Tav的测试方法包括以下步骤,
步骤303:采用精度在±0.3℃以内的热电偶7或热电阻传感器,以间距相等的整列形式平整贴附于试件表面;每一个热电偶7或热电阻传感器的贴附处为一个温度测点;
步骤304:分别测出每个测点的温度Ti
步骤305:测出待测试件1表面的平均温度Tav
其中,参照附图3,温度测点之间的竖直间隔为D1、水平间隔为D2;最边缘的温度测点与待测试件1两侧缘的间距为D2/2、与待测试件1上下缘间隔为D1/2;D1=L/n1,D2=H/n2,式中n1和n2分别为温度测点的总行数和总列数,L为待测试件表面的竖直高度,H为待测试件表面的横向长度。
实施例2
所述加热单元4中,以编号H5L1(最下排第一片)的加热功率为基准,其基准加热功率为7.2W,其余加热片的加热倍率如下表所示:
模拟自然对流工况,与实施例1不同的是:
表2:实施例2中各编号加热片加热功率倍率
实施例3
所述加热单元4中,以编号H5L1(最下排第一片)的加热功率为基准,基准加热功率为7.2W,其余加热片的加热倍率如下表所示:
模拟自然对流工况,与实施例1不同的是:
表3:实施例3中各编号加热片加热功率倍率
对比例1
与实施例1不同的是
加热单元4中,对比例1中各编号加热片加热功率倍率均设置为1,基准加热功率为7.2W。
实施例4
自下而上外掠表面强迫对流工况,与实施例1不同的是:以编号H5L1(最下排第一片)的加热功率为基准,基准加热功率为11.3W,其余加热片的加热倍率如下表所示:
表4:实施例4中各编号加热片加热功率倍率
测试时,系统静置于稳定的恒温环境中,稳定后环境温度为26℃左右。此外,距待测试件1表面正下方,通过轴流风机、风管和均流板等设备,营造出覆盖整个待测试件断面的均匀来流,其速度为3.0m/s左右。
实施例5
自下而上外掠表面强迫对流工况,与实施例1不同的是:以编号H5L1(最下排第一片)的加热功率为基准,基准加热功率为11.3W,其余加热片的加热倍率如下表所示:
表5:实施例5中各编号加热片加热功率倍率
测试时,系统静置于稳定的恒温环境中,稳定后环境温度为26℃左右。此外,距待测试件1表面正下方,通过轴流风机、风管和均流板等设备,营造出覆盖整个待测试件断面的均匀来流,其速度为3.0m/s左右。
对比例2
与实施例1不同的是
加热单元4中,对比例2中各编号加热片加热功率倍率均设置为1,基准加热功率为11.3W。
实施例6
在迎风冲击型强迫对流工况中,与实施例1不同的是,所述加热单元4中,以编号H3L3(几何中心热流片)的加热功率为基准,基准加热功率为10.7W,其余加热片的加热倍率如下表所示:
表6:实施例6中各编号加热片加热功率倍率
测试时,系统静置于稳定的恒温环境中,稳定后环境温度为26℃左右。此外,距待测试件1表面距离2m以外,通过轴流风机、风管和均流板等设备,营造出覆盖整个待测试件断面的均匀来流,其速度为3.0m/s左右。
实施例7
在迎风冲击型强迫对流工况中,与实施例1不同的是,所述加热单元4中,以编号H3L3(几何中心热流片)的加热功率为基准,基准加热功率为10.7W,其余加热片的加热倍率如下表所示:
表7:实施例7中各编号加热片加热功率倍率
测试时,系统静置于稳定的恒温环境中,稳定后环境温度为26℃左右。此外,距待测试件1表面距离2m以外,通过轴流风机、风管和均流板等设备,营造出覆盖整个待测试件断面的均匀来流,其速度为3.0m/s左右。
实施例8
在迎风冲击型强迫对流工况中,与实施例1不同的是,所述加热单元4中,以编号H3L3(几何中心热流片)的加热功率为基准,基准加热功率为10.7W,其余加热片的加热倍率如下表所示:
表8:实施例8中各编号加热片加热功率倍率
测试时,系统静置于稳定的恒温环境中,稳定后环境温度为26℃左右。此外,距待测试件1表面距离2m以外,通过轴流风机、风管和均流板等设备,营造出覆盖整个待测试件断面的均匀来流,其速度为3.0m/s左右。
对比例3
与实施例1不同的是,加热单元4中,对比例2中各编号加热片加热功率倍率均设置为1,基准加热功率为10.7W。
表9为不同工况时表面温度均匀性的对比表
注:差异为试件表面(最高温度-最低温度)/平均相对换热温差,用以表示试件表面温度的非均匀性与换热温差的相对大小关系,表面温度相对差异率越小代表监测结果的误差越小,结果越准确。
需要说明的是:
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统,其特征在于:包括待测试件(1)、控温单元、参数采集单元以及数据处理单元;
所述控温单元便于控制待测试件(1)的温度;
所述参数采集单元设置于控温单元上且与数据处理单元电连接;
基于以下使用步骤:
步骤1:将待测试件(1)安装在控温单元上,将参数采集单元安装于待测试件(1)的表面;
步骤2:将3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统置于稳定受控的室内环境中;
步骤3:分别测出待测试件(1)表面向周边环境散发的热量Q、待测试件(1)的表面积A、待测试件(1)表面平均温度Tav、周边环境的空气温度Ta、待测试件(1)表面所接收的平均辐射热强度Esr以及待测试件(1)表面的辐射发射率ε,从而计算出综合换热系数hz、表面辐射换热系数hra以及表面对流换热系数hcv
其中,综合换热系数hz的计算公式为
其中,表面辐射换热系数hra的计算公式为
其中,表面对流换热系数hcv的计算公式为
步骤5:计算出整体平均传热系数K,
式中δi为第i层构件组成材料的厚度;λi为第i层构件组成材料的导热系数,an与aw则分别为构件内/外表面的综合换热系数hz,Cb为黑体辐射常数,R为单位面积传热热阻,进而用于工程设计中计算不同3D打印混凝土构件使用条件下的热工性能。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统,其特征在于:所述控温单元包括定型支撑外框(3)、侧边隔热层(2)、加热单元(4)以及后隔热层(5),所述待测试件(1)嵌设于所述侧边隔热层(2)的内部,所述侧边隔热层(2)嵌设于所述定型支撑外框(3)的内部,所述定型支撑外框(3)嵌设于所述后隔热层(5)的内部,所述加热单元(4)设置于待测试件(1)与后隔热层(5)之间。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统,其特征在于:所述加热单元(4)上设置有n*n个加热片,每个所述加热片的功率均可以独立控制。
4.根据权利要求1~3任一所述的一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统,其特征在于:所述参数采集单元包括数个热流密度计(602)以及热电偶(7),数个所述热电偶(7)贴附于待测试件(1)的外表面,数个热流密度计(602)配合设置于控温单元的内部。
5.根据权利要求4所述的一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统,其特征在于:数个所述热流密度计(602)、数个所述热电偶(7)以及控温单元分别与所述数据处理单元电连接。
6.一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试方法,其特征在于,采用权利要求1~5所述的任一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统,包括以下步骤:
步骤1:将待测试件(1)安装在控温单元上,将参数采集单元安装于待测试件(1)的表面;
步骤2:将3D打印混凝土表面换热特性定温测试系统置于稳定受控的室内环境中;
步骤3:分别测出待测试件(1)表面向周边环境散发的热量Q、待测试件(1)的表面积A、待测试件(1)表面平均温度Tav、周边环境的空气温度Ta、待测试件(1)表面所接收的平均辐射热强度Esr以及待测试件(1)表面的辐射发射率ε,从而计算出综合换热系数hz、表面辐射换热系数hra以及表面对流换热系数hcv
其中,综合换热系数hz的计算公式为
其中,表面辐射换热系数hra的计算公式为
其中,表面对流换热系数hcv的计算公式为
步骤5:计算出整体平均传热系数K,
式中δi为第i层构件组成材料的厚度;λi为第i层构件组成材料的导热系数,an与aw则分别为构件内/外表面的综合换热系数hz,Cb为黑体辐射常数,R为单位面积传热热阻,进而用于工程设计中计算不同3D打印混凝土构件使用条件下的热工性能。
7.根据权利要求6所述的一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试方法,其特征在于:步骤1中,测试迎风冲击型强迫对流工况时,以位于加热单元中心的加热片的加热功率设置为基准每横排的加热片功率由上到下先减少后增加,每竖列的加热片功率设置为由左到右先减少后增加;
测试自然对流工况和外掠平板型强迫对流工况时,以位于最下排的加热片的加热功率为基准,每横排的加热功率由上到下逐渐增加,每竖列的加热片功率设置为相同数值。
8.根据权利要求6所述的一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试方法,其特征在于:
其中,待测试件(1)表面向周边环境散发的热量Q的测量方法为热流密度计(602)直接测量法,具体步骤为:
步骤301:在待测试件(1)与加热单元(4)之间增加热流测量段(6),热流测量段(6)由底板(601)与数个热流密度计(602)组成,并对角线均匀等距布置;底板(601)与热流密度计(602)的总厚度控制在2~4mm;底板(601)为材质与热流密度计(602)相同的填充敷料;
步骤302:测试系统组装完成并进行测试,读取稳定条件下各热流密度计(602)的读数,并将其平均值乘以待测试件(1)的表面积A,即可获得待测试件(1)表面向周边环境散发的热量Q。
9.根据权利要求6所述的一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试方法,其特征在于:所述待测试件(1)表面平均温度Tav的测试方法包括以下步骤,
步骤303:采用精度在±0.3℃以内的热电偶(7)或热电阻传感器,以间距相等的整列形式平整贴附于试件表面;每一个热电偶(7)或热电阻传感器的贴附处为一个温度测点;
步骤304:分别测出每个测点的温度Ti
步骤305:测出待测试件(1)表面的平均温度Tav
其中,温度测点之间的竖直间隔为D1、水平间隔为D2;最边缘的温度测点与待测试件(1)两侧缘的间距为D2/2、与待测试件(1)上下缘间隔为D1/2;D1=L/n1,D2=H/n2,式中n1和n2分别为温度测点的总行数和总列数,L为待测试件表面的竖直高度,H为待测试件表面的横向长度。
10.一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试方法针对3D打印混凝土待测试件的应用,其特征在于,采用权利要求6~9任一所述的一种3D打印混凝土表面换热特性定温测试方法。
CN202311538098.1A 2023-11-17 2023-11-17 一种3d打印混凝土表面换热特性定温测试系统、方法及应用 Active CN117250227B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311538098.1A CN117250227B (zh) 2023-11-17 2023-11-17 一种3d打印混凝土表面换热特性定温测试系统、方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311538098.1A CN117250227B (zh) 2023-11-17 2023-11-17 一种3d打印混凝土表面换热特性定温测试系统、方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117250227A CN117250227A (zh) 2023-12-19
CN117250227B true CN117250227B (zh) 2024-01-23

Family

ID=89126805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311538098.1A Active CN117250227B (zh) 2023-11-17 2023-11-17 一种3d打印混凝土表面换热特性定温测试系统、方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117250227B (zh)

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61288133A (ja) * 1985-06-17 1986-12-18 Showa Denko Kk 放散熱量測定装置
JPH03237345A (ja) * 1990-02-14 1991-10-23 Agency Of Ind Science & Technol 熱伝導率測定方法
JPH1048167A (ja) * 1996-08-05 1998-02-20 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency 物体の熱的物性値の測定方法及び装置
CN102353695A (zh) * 2011-06-03 2012-02-15 绍兴文理学院 基于热阻尼理论的蓄热系数测定方法
US8220989B1 (en) * 2009-09-30 2012-07-17 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus for measuring thermal conductivity of small, highly insulating specimens
CN103452206A (zh) * 2013-09-23 2013-12-18 中国建筑西南设计研究院有限公司 一种民用建筑自保温墙体以及该墙体的传热过程计算方法
CN103760189A (zh) * 2014-01-09 2014-04-30 上海理工大学 墙面对流热量与辐射热量分离的测量方法
CN104990952A (zh) * 2015-07-02 2015-10-21 中国建材检验认证集团西安有限公司 墙体材料当量导热系数测定方法及其测定设备
CN105301050A (zh) * 2015-12-03 2016-02-03 中国建筑科学研究院 大型透光围护结构传热系数检测设备及方法
CN106248714A (zh) * 2016-07-25 2016-12-21 太原理工大学 一种用于混凝土高温损伤的红外检测方法
KR101723215B1 (ko) * 2016-04-08 2017-04-05 창원대학교 산학협력단 반사형 중공층이 설치된 건물 구조체 열관류율 계산 장치 및 그 방법
CN107490595A (zh) * 2017-09-21 2017-12-19 北京工业大学 一种法向载荷对结合面接触热阻影响关系的测定方法与装置
CN107976466A (zh) * 2017-10-27 2018-05-01 上海卫星工程研究所 非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的装置及方法
CN210014505U (zh) * 2019-05-10 2020-02-04 西南交通大学 一种地下浅埋人防工程外墙热量收集系统
CN110907493A (zh) * 2019-11-28 2020-03-24 航天特种材料及工艺技术研究所 一种高温热导率的测试方法
CN111413364A (zh) * 2020-04-10 2020-07-14 上海理工大学 一种建筑墙体内混凝土蓄热系数原位无损检测方法及系统
CN115372410A (zh) * 2022-08-23 2022-11-22 西南交通大学 一种桥梁表面热边界条件测试系统及方法
CN115468978A (zh) * 2022-09-06 2022-12-13 西南交通大学 一种测试高温热水隧道混凝土材料热传递性的方法

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61288133A (ja) * 1985-06-17 1986-12-18 Showa Denko Kk 放散熱量測定装置
JPH03237345A (ja) * 1990-02-14 1991-10-23 Agency Of Ind Science & Technol 熱伝導率測定方法
JPH1048167A (ja) * 1996-08-05 1998-02-20 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency 物体の熱的物性値の測定方法及び装置
US8220989B1 (en) * 2009-09-30 2012-07-17 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus for measuring thermal conductivity of small, highly insulating specimens
CN102353695A (zh) * 2011-06-03 2012-02-15 绍兴文理学院 基于热阻尼理论的蓄热系数测定方法
CN103452206A (zh) * 2013-09-23 2013-12-18 中国建筑西南设计研究院有限公司 一种民用建筑自保温墙体以及该墙体的传热过程计算方法
CN103760189A (zh) * 2014-01-09 2014-04-30 上海理工大学 墙面对流热量与辐射热量分离的测量方法
CN104990952A (zh) * 2015-07-02 2015-10-21 中国建材检验认证集团西安有限公司 墙体材料当量导热系数测定方法及其测定设备
CN105301050A (zh) * 2015-12-03 2016-02-03 中国建筑科学研究院 大型透光围护结构传热系数检测设备及方法
KR101723215B1 (ko) * 2016-04-08 2017-04-05 창원대학교 산학협력단 반사형 중공층이 설치된 건물 구조체 열관류율 계산 장치 및 그 방법
CN106248714A (zh) * 2016-07-25 2016-12-21 太原理工大学 一种用于混凝土高温损伤的红外检测方法
CN107490595A (zh) * 2017-09-21 2017-12-19 北京工业大学 一种法向载荷对结合面接触热阻影响关系的测定方法与装置
CN107976466A (zh) * 2017-10-27 2018-05-01 上海卫星工程研究所 非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的装置及方法
CN210014505U (zh) * 2019-05-10 2020-02-04 西南交通大学 一种地下浅埋人防工程外墙热量收集系统
CN110907493A (zh) * 2019-11-28 2020-03-24 航天特种材料及工艺技术研究所 一种高温热导率的测试方法
CN111413364A (zh) * 2020-04-10 2020-07-14 上海理工大学 一种建筑墙体内混凝土蓄热系数原位无损检测方法及系统
CN115372410A (zh) * 2022-08-23 2022-11-22 西南交通大学 一种桥梁表面热边界条件测试系统及方法
CN115468978A (zh) * 2022-09-06 2022-12-13 西南交通大学 一种测试高温热水隧道混凝土材料热传递性的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A COMPUTATIONAL STUDY FOCUSED ON REVEALING THE RELATION BETWEEN CONVECTIVE AND RADIATIVE HEAT TRANSFER FROM A RADIANT HEATED WALL;Acikgoz, O;《HEAT TRANSFER RESEARCH》;第50卷(第15期);第1437-1455页 *
基于Gebhart辐射模型的建筑壁面对流辐射传热计算方法;吕留根等;《建筑科学》;第33卷(第02期);第72-76页 *
高效保温砌块砌体热工性能试验研究;王漾;于江;王万江;;四川建材(第01期);第15-16,21页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117250227A (zh) 2023-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
San et al. Optimum jet-to-jet spacing of heat transfer for staggered arrays of impinging air jets
Tahat et al. Heat transfers from pin-fin arrays experiencing forced convection
Gilani et al. Performance enhancement of free convective solar air heater by pin protrusions on the absorber
EP3567367B1 (en) Steady-state test method for heat-conducting property in the direction along plane of sheet material
Yüncü et al. An experimental investigation on performance of rectangular fins on a horizontal base in free convection heat transfer
Jeng et al. Pressure drop and heat transfer of square pin-fin arrays in in-line and staggered arrangements
Huang et al. The design of optimum perforation diameters for pin fin array for heat transfer enhancement
Seyam et al. Experimental and numerical investigation of the radiant panel heating system using scale room model
Novoselac et al. Development of new and validation of existing convection correlations for rooms with displacement ventilation systems
Jin et al. The dynamic effect of supply water flow regulation on surface temperature changes of radiant ceiling panel for cooling operation
CN103760189B (zh) 墙面对流热量与辐射热量分离的测量方法
CN110907493B (zh) 一种高温热导率的测试方法
PL1628777T3 (pl) Sposób projektowania termostabilnej formy do pokrywania i urządzenie
AbdulNour et al. Measurements of the convection heat transfer coefficient for a planar wall jet: uniform temperature and uniform heat flux boundary conditions
JPS61501526A (ja) 建築構造体、特に外壁の熱透過抵抗を探知するための測定方法と装置
Arpino et al. Experimental and numerical assessment of photovoltaic collectors performance dependence on frame size and installation technique
CN110907491A (zh) 一种低导热材料高温热导率测试装置
Koskela et al. Turbulence correction for thermal comfort calculation
CN107391789A (zh) 基于自由液面温度测量值和特征函数插值的硅熔体温度场重构方法
Lin et al. Experimental study of unstable mixed convection of air in a bottom heated horizontal rectangular duct
Khedari et al. Experimental investigation of free convection in roof solar collector
CN117250227B (zh) 一种3d打印混凝土表面换热特性定温测试系统、方法及应用
CN114791325A (zh) 一种用于空天飞机地面热强度舱体试验的热流标定方法
CN109269682B (zh) 一种热流传感器的标定装置和标定方法
Larsson et al. Experimental investigation of downdraught from well-insulated windows

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