CN202189024U - 一种果实表面换热系数的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种果实表面换热系数的测量装置，其特征在于，该装置包括风洞、电加热器、金属格栅网、电加热棒、测温热电偶、风机、温控仪、控制箱、数据采集仪、计算机处理系统等。所述风洞为一有机玻璃制成的圆柱形管道，其进风口水平，出风口竖直向上；进风口端设置有电加热器和金属格栅网，用于保证进入试验段的气流平稳，出风口端设置有一风机，风洞中部设置有电加热棒和测温热电偶；所述温控仪与电加热器相连，控制箱与电加热棒相连，用于调节电加热棒的功率大小，所述数据采集仪与测温热电偶、计算机处理系统相连接，负责采集各种实验所需数据。本实用新型具有测量快速、方便、适用范围广等特点。

Description

一种果实表面换热系数的测量装置

技术领域

本实用新型涉及测量果实表面换热系数领域，具体涉及一种果实表面换热系数的测量装置。

背景技术

表面换热系数是衡量对流换热强弱的重要参数，也是计算对流换热问题的基本参数，同时也是采后果实传热建模中的重要参数，通过模拟可以研究采后果实的表面换热系数与哪些因素有关，并且研究其对采后果实的生理影响，以便更精确地指导生产实际，而目前关于这方面的研究非常少，也没有较为完善的装置来提供进行这方面研究的平台。

综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要一种果实表面换热系数的测量装置，以解决现有技术的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种果实表面换热系数的测量装置，用于测量果实表面的换热系数。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种果实表面换热系数的测量装置，其特征在于，该装置包括风洞、电加热器、金属格栅网、电加热棒、测温热电偶、风机、温控仪、控制箱、数据采集仪、计算机处理系统；所述风洞为一有机玻璃制成的圆柱形管道，其进风口水平，出风口竖直向上；进风口端设置有电加热器和金属格栅网，出风口端设置有一风机，风洞中部设置有电加热棒和测温热电偶；所述温控仪与电加热器相连，控制箱与电加热棒相连，所述数据采集仪与测温热电偶、计算机处理系统相连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述测温热电偶为直径为0.5mm的T型热电偶，用于测量果实表面温度；所述测温热电偶在使用前采用标准水银温度计为标准仪表进行标定。

在本实用新型的一个实施例中，所述测温热电偶分别于果实样品的上、下、迎风面和背风面布点，取上述4点测量值的平均值为果实样品的表面温度。

在本实用新型的一个实施例中，所述测量装置还包括一热线风速仪，与果实样品置于同一高度，用于测量果实样品附近的风速。

在本实用新型的一个实施例中，所述电加热棒为供热均匀的电阻丝。

在本实用新型的一个实施例中，所述测量装置在果实样品的左右两侧还各设有一空气测温点，通过测温热电偶与数据采集仪相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述控制箱包括电压电流仪表。

本实用新型的优点在于：结构简单，容易实现，操作方便；适用范围广，可测试各种采后果实表面换热系数；可自由控制风速、加热功率等参数，实验范围广；测量时外界环境影响小。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种果实表面换热系数的测量装置的结构示意图。

图中标号说明：风洞1，电加热器2，金属格栅网3，空气测温点4，果实样品5，热线风速仪6，电加热棒7，测温热电偶8，风机9，温控仪10，控制箱11，数据采集仪12，计算机处理系统13。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实用新型所述的一种测量果实表面换热系数的装置，该装置包括风洞1、电加热器2、金属格栅网3、果实样品5、热线风速仪6、电加热棒7、测温热电偶8、风机9、温控仪10、控制箱11、数据采集仪12、计算机系统13。所述风洞1用于将果实样品5放入进行实验；所述金属格栅网3，用于确保进入实验段的气流平稳；所述测温热电偶8用于测量果实样品5表面和空气的温度；所述热线风速仪6用于测量风洞中的风速；所述电加热器2用于给进口处空气加热；所述温控仪10用于调节电加热器2功率；所述电加热棒7用于给果实样品5加热；所述风机9用于产生一定流速的空气；所述控制箱11用于调节电加热棒7功率；所述数据采集仪12用于采集温度数据；所述计算机13用于记录数据和处理数据。

其中，测温热电偶为直径为0.5mm的T型热电偶，用于测量果实表面温度；测温热电偶在使用前采用标准水银温度计为标准仪表进行标定。测温热电偶分别于果实样品的上、下、迎风面和背风面布点，取上述4点测量值的平均值为果实样品的表面温度。本实用新型还包括一热线风速仪，与果实样品置于同一高度，用于测量果实样品附近的风速。电加热棒为供热均匀的电阻丝。所述测量装置在果实样品的左右两侧还各设有一空气测温点，通过测温热电偶与数据采集仪相连。控制箱包括电压电流仪表，可在仪表上直接读出电压和电流测试值。

在传热学基本理论的指导下，可以运用相似理论和量纲分析法，来确定采后果实不同状态下的表面对流换热系数值。相似原理是利用描述彼此相似现象的同名特征数对应相等这一特性，以较少的实验次数确定关键物理量的实验方法。对于这种强制对流换热现象进行描述的主要特征数为努塞尔数(Nu)、雷诺数(Re)和普朗特数(Pr)，其中：

$\mathrm{Nu}=\frac{\mathrm{hd}}{{\mathrm{\λ}}_m}---\left(1\right)$

$\mathrm{Re}=\frac{\mathrm{ud}}{v_m}---\left(2\right)$

$\mathrm{Pr}=\frac{v_m}{{\mathrm{\α}}_m}---\left(3\right)$

式中h——果实表面对流换热系数；

d——果实径向尺寸大小；

u——空气流速；

λ——空气的导热系数；

v——空气的运动粘度；

α——空气的热扩散率；

下标m表示以空气边界层平均温度

为定性温度。

根据量纲分析法可得三者存在如下关系式：

Nu_m＝CRe_m ⁿ    (4)

式中C、n为常数，由实验确定。

联立式(1)、(2)和(4)，得到

$h=\frac{{\mathrm{Cu}}^n{d}^{n-1}{\mathrm{\λ}}_m}{v_m^n}---\left(5\right)$

于是，求解对流换热系数h就转化为确定对流换热相似准则关联式(5)中的系数C和n。再根据牛顿冷却公式：

$h=\frac{{\mathrm{\Φ}}_C}{(T_w-T_f)A}---\left(6\right)$

式中Φ_C——对流换热量，W；

A——果实表面积，m；

T_w、T_f——分别为果实表面温度和空气温度，K。

本装置用功率可调的电加热棒提供果实的热量来源，并用风机改变空气流速，提供不同的换热效果，以改变T_w、T_f，进而得到不同工况下的h和Nu_m、Re_m值，将每一工况下的Nu_m、Re_m值表示在对数坐标上，用Y表示lgNu_m，用X表示lgRe_m，则直线方程可表示为：

即lgNu_m＝lgC+nlgRe_m    (7)

可由lgC＝A，

求出C、n。

基于上述装置以及其运行原理，具体测量步骤如下：

1)将已知果实材料在果实样品5尺寸均匀段，将其中部打孔，将电加热棒7紧密嵌入果实孔中，再用细小的针在果实样品5上、下、迎风面和背风面的果皮略下处开一狭长孔道，再将直径为0.5mm的T型热电偶植入，用细小透明胶带将其固定，放入风洞1。在空气测温点4布置热电偶用于测量空气温度。

2)先打开并调节风机9，通过热线风速仪6确定所需风速值，再打开电加热棒7，通过控制箱11控制开关，调节其功率，注意电压不能超过150伏，具体值视测试的果实种类决定；

3)打开电加热器2，根据外界环境温度变化，调节温控仪10，使实验段空气温度达到所需值；

4)利用多点温度采集仪12在计算机处理系统13上实时观测果实表面温度和空气温度，等其读数在3分钟内保持不变，可视为已达到稳定状态，果实与外界空气达到换热平衡，记录其值；

5)调节风机9，改变风速，重复步骤1)、2)操作；

6)关闭电加热棒7控制开关，关闭风机9；

7)计算出C、n等值，联立各式给出表面对流换热系数h的实验关联式，并与文献值比较，看测试系统是否可靠。

8)在果实样品5尺寸均匀段，将其中部打孔，将加热器4的电阻丝紧密嵌入果实孔中，再用细小的针在果实样品5上、下、迎风面和背风面的果皮略下处开一狭长孔道，再将直径为0.5mm的T型热电偶植入，用细小透明胶带将其固定，放入风洞1。重复2)至6)步骤，计算出C、n值。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种果实表面换热系数的测量装置，其特征在于，该装置包括风洞、电加热器、金属格栅网、电加热棒、测温热电偶、风机、温控仪、控制箱、数据采集仪、计算机处理系统；所述风洞为一有机玻璃制成的圆柱形管道，其进风口水平，出风口竖直向上；进风口端设置有电加热器和金属格栅网，出风口端设置有一风机，风洞中部设置有电加热棒和测温热电偶；所述温控仪与电加热器相连，控制箱与电加热棒相连，所述数据采集仪与测温热电偶、计算机处理系统相连接。

2.如权利要求1所述的一种果实表面换热系数的测量装置，其特征在于，所述测温热电偶为直径为0.5mm的T型热电偶，用于测量果实表面温度。

3.如权利要求1所述的一种果实表面换热系数的测量装置，其特征在于，所述测温热电偶分别于果实样品的上、下、迎风面和背风面布点。

4.如权利要求1所述的一种果实表面换热系数的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括一热线风速仪，与果实样品置于同一高度，用于测量果实样品附近的风速。

5.如权利要求1所述的一种果实表面换热系数的测量装置，其特征在于，所述电加热棒为供热均匀的电阻丝。

6.如权利要求1所述的一种果实表面换热系数的测量装置，其特征在于，所述测量装置在果实样品的左右两侧还各设有一空气测温点，通过测温热电偶与数据采集仪相连。

7.如权利要求1所述的一种果实表面换热系数的测量装置，其特征在于，所述控制箱包括电压电流仪表。 

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