CN209123957U - 热气流发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种热气流发生器，所述热气流发生器包括筒体、设置在所述筒体内的电加热器以及引流风机，所述引流风机将气流从所述筒体的第一端引入从而被电加热器加热，并将加热后的气流从所述筒体的第二端引出，其中，所述热气流发生器还包括圆柱状绝热体，所述圆柱状绝热体沿着所述筒体的中心轴向地布置，所述电加热器设置在由所述筒体与所述圆柱状绝热体之间形成的环形通道中。本实用新型提供的热气流发生器可增强传热效果并且可快速地产生热气流。

Description

热气流发生器

技术领域

本实用新型涉及一种热气流发生器，更具体地讲，涉及一种可增强传热效果并且可快速地产生热气流的热气流发生器。

背景技术

在对试验对象(诸如电气设备的产热设备等)进行耐环境温度运行考核时，通常将试验对象放置于特定的试验舱内，并将试验舱内部加热到一定温度(例如，通过红外加热器进行舱内加热)，以为试验对象建立用于模拟真实工作环境的热环境，并在该温度条件下考核试验对象的耐环境温度运行的性能。

通常利用红外加热器或其它电加热器等对试验舱进行加热，以使试验舱内的环境达到试验所需的温度，进而使试验对象被加热到特定温度，以满足试验对象的耐环境温度考核的试验条件。传统地，可在试验舱内部或外部设置红外加热器并使红外加热器对舱内进行加热，在进行舱内加热时，试验对象以及试验舱中的空气吸热并达到所需温度，通过加热后的空气对试验对象进行加热。

然而，在为试验对象建立热环境而对试验舱内的环境空气进行整体上的加热期间，舱体内的空气将消耗大部分能量，且将舱体内空气加热到特定温度从而使试验对象处于该温度环境下将需要较长的时间，不仅会导致能源浪费，电热源功率消耗增加并对生产车间电源变压器的容量需求增加，而且会使耐温度运行试验初始启动期间较长。并且，在对较大容积的舱体内部进行加热时，对温度控制也有很高要求，精度较难控制。

此外，采用红外线加热舱体内的空气，空气对红外线的吸收速率极低，红外线投射到涂有色漆的电控柜体的外表面，不同颜色的涂层的柜体对红外线的吸收率相差甚远，影响对产热设备耐环境温度高低的考核结果。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型旨在提供一种可增强传热效果并且可快速地产生热气流的热气流发生器。

根据本实用新型，提供一种热气流发生器，所述热气流发生器包括筒体、设置在所述筒体内的电加热器以及引流风机，所述引流风机将气流从所述筒体的第一端引入从而被电加热器加热，并将加热后的气流从所述筒体的第二端引出，其中，所述热气流发生器还包括圆柱状绝热体，所述圆柱状绝热体沿着所述筒体的中心轴向地布置，所述电加热器设置在由所述筒体与所述圆柱状绝热体之间形成的环形通道中。

优选地，所述圆柱状绝热体可具有面向所述引流风机的锥状端部。

优选地，所述引流风机可为轴流风机并且可设置在所述筒体的第一端，所述筒体的第二端可设置有端板，用于封堵所述环形通道的端部，所述端板上可开设有空气出口，用于连接输出管路。

优选地，所述空气出口的在所述筒体的半径方向的宽度小于所述环形通道的径向宽度，所述端板可在所述空气出口周围形成弧形弯曲面，用于将气流引导到所述空气出口。

优选地，所述端板上可设置有将所述环形通道与所述输出管路连通的渐缩形导流件。

优选地，所述圆柱状绝热体可为空心体，并且所述圆柱状绝热体内置有绝热材料。

优选地，所述圆柱状绝热体的外径可占据所述筒体的内径的1/2至3/4。

优选地，所述电加热器可包括多个电加热器，所述多个电加热器可在所述筒体的轴向和/或径向方向上交错布置。

优选地，所述筒体的第一端可设置有引入导流部件，所述引入导流部件可具有渐缩形喇叭口形状。

本实用新型提供的热气流发生器可使筒体内气流与电加热器的热边界层减薄并增强气流的扰动，实现增强传热的效果，并且可最大程度地降低气流阻力，并降低筒体向外界的散热。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的第一实施例的基于方形围护结构建设的试验舱体的示意图；

图2示出了根据本实用新型的第一实施例的将试验对象放置在试验舱体内的示意图；

图3示出了根据本实用新型的第一实施例的试验舱体内的气流输送装置和引流装置的示意图；

图4和图5示出了根据本实用新型的第一实施例的试验舱体内的试验对象和引流装置的俯视图；

图6示出了根据本实用新型的第一实施例的热气流发生器的剖视图；

图7示出了根据本实用新型的第一实施例的另一热气流发生器的俯视图；

图8示出了根据本实用新型的第二实施例的基于圆形围护结构建设的试验舱体的示意图；

图9示出了根据本实用新型的实施例的温度控制的示意图；

图10示出了根据本实用新型的实施例的试验舱体内的试验对象周围边界的空气和舱体侧壁的内表面的温升过程的示意图。

附图标号说明：

100-试验装备；110-舱体；111-门；112-舱体侧壁；113-门；120-气流输送装置；121-气流输送管路；122-气流输出部；130-加热器；140-风机；141-空气流道；150-热气流发生器；151-筒体；152-电加热器；153-引流风机；154-支架；155-渐缩通道；156-引入导流部件；158-输出管路；159-电源及功率输出控制；160-热气流发生器；161-筒体；162-电加热器；163-引流风机；164-圆柱状绝热体；165-锥状端部；166-引入导流部件；167-支架；168-输出管路；169-端板；170-水蒸气发生器；200-试验对象；201-温度传感器；210-舱体；211-舱体侧壁；230-加热器。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好地理解本实用新型的技术构思，下面将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。

本实用新型旨在提供能够最大程度地实现节能降耗的试验装备，本实用新型意图跳出传统的利用热气流或加热器加热试验舱舱体内空间介质方法的束缚，本实用新型提出基于“场协同原理”思想，建立高速率热源产热换热装置，并构建能够向放置于试验舱舱体内的试验对象的周围边界输送气流以在试验对象的周围边界形成风幕边界的流体输送装置，从而在使试验对象的周围环境有效地升温到待考核温度条件的同时实现热源能耗最小化。

此外，本实用新型还提出在舱体壁的内表面建立低温热辐射源，借助与边界热空气等温的热空气边界层(试验对象周围边界处)和固体热源边界层(舱体壁的内表面处)使得舱体壁的内表面边界建立与试验考核对象一致的边界场，实现舱体内热空气不再向舱体壁内表面传热的节能舱体，在舱体壁内表面边界造就节能绝热边界，封闭热气流热焓并实现热气流热焓仅仅向试验对象和舱体内释放热能，实现节能最大化的物理边界效应。

此外，本实用新型还提出在舱体内设置用于削弱舱体内上方和下方位置之间的空气温度差、减小试验对象的热应力、同时在舱体内实现气流循环掺混而高效传热并传质并实现对热源的高效利用的引流装置。

以下将参照附图详细说明本实用新型提出的试验装备。

图1至图3示出了根据本实用新型的实施例的试验装备100。如图1至图3所示，试验装备100可包括提供用于容纳试验对象200的空间并用于形成试验对象200的热环境的舱体110。

在图1所示的示例中，以土建的方式建造了舱体110，考虑到施工的便利性，舱体110是基于方形围护结构建设的方形舱体，以模拟试验对象200在围护结构中的运行环境。舱体110可包括舱体侧壁112，舱体侧壁112内或其外表面可设置有绝热材料(或保温层)，例如，导热系数小于0.12W/m.k的绝热材料(诸如厚度在100mm以上的玻璃纤维)。舱体侧壁112中的一个侧壁(例如，图1中示出的舱体的后侧壁)可开设有用于使试验对象200进出舱体110的门111，例如，门111可以是含有保温层(例如，厚度在100mm以上的玻璃纤维)的升降门。另外，舱体侧壁112中的一个侧壁(例如，图1中示出的舱体的前侧壁)可开设有用于使试验人员进出舱体110的门113。如图2至图3所示，试验对象200被放置于舱体110内。在本实用新型的示例中，试验对象200可以是用于风力发电机组的电控柜。试验装备100包括设置在舱体110内的气流输送装置120，用于向放置于舱体110中的试验对象200的周围边界输送气流(例如，热气流)，以在试验对象200的周围边界形成风幕(例如，热风幕)，从而为试验对象200提供特定的热环境并使试验对象200在该风幕的作用下被加热至特定温度。可在试验对象200的侧壁上设置温度传感器201以感测形成在试验对象200周围边界的风幕的温度。

气流输送装置120可包括设置在舱体110的下方的气流输送管路121和连接到气流输送管路121的气流输出部122，气流输送管路121以及气流输出部122的位置根据试验对象200的放置位置而调整，使得气流输出部122设置为临近试验对象200，以便于从气流输出部122输出的热气流有效地附着到试验对象200的周围边界，从而在试验对象200的周围边界形成热幕边界。

气流输送管路121可以是柔性的管路，从而可以根据试验对象200的位置或形状而调整位置和形状。气流输送管路121围绕试验对象200的外周设置。气流输送管路121可以是连接到热气流发生器150的输出管路的多个管路。气流输出部122可连接到气流输送管路121的末端，气流输出部122可设置有气流出口，气流出口朝上。例如，气流输出部122可以是具有孔板或喷嘴的管箱。

气流输出部122从下往上吹送热气流，根据需要产生向上的速率，形成紧贴试验对象200的外表面的热风幕。从气流输出部122输出的热气流附着到试验对象200的外壁上，在其外壁上形成用于加热试验对象200的热边界层。热边界层贴着试验对象200的外壁向上逐渐生长，从而在试验对象200的从下到上的整个外侧表面(例如，围绕试验对象200的四个侧壁)上形成热幕边界，由此可依靠附着在试验对象200的外壁上的热边界层来使试验对象200升温。由于用于加热的热气流直接与将被加热的试验对象200的外表面直接接触，进行对流换热，与现有技术中通过红外辐射对舱体内的空气进行加热的方式相比，这可大大减少所消耗的热气流。

图3中示出了在试验对象200的底部两侧分别设置有气流输出部122，但该设置方式仅为示例，也可在试验对象200的四周均设置气流输出部122，从而在试验对象200的整个外周表面上均形成热风幕加热边界层。

从气流输出部122输出的热气流贴着试验对象200的外表面上升、蒸腾、翻滚，形成1cm-5cm厚的热风幕。由于热气流的温度差导致了密度差，构成了浮升力，形成向上运动的推动力，因此，热气流的上升过程可以不需要额外的动力。热气流会顺着试验对象200的外表面慢慢上升。根据粘性流体的边界层理论，这是一个边界层气流附着电控柜壳体薄板、粘滞薄板、逐渐翻滚、逐渐增厚的过程。

由于加热试验对象200时，不管舱体110内的空气的温度如何，只有与试验对象200的外表面接触的空气在参与与试验对象200表面的对流换热，换句话说，只有试验对象200外表面上的几毫米厚的空气薄层(即，热边界层)在起到加热作用。因此，只要保证与试验对象200的外表面接触的空气边界层的温度即可。本实用新型在试验对象200(例如，电控柜体)的外表面建立了一个热风幕，形成了几毫米厚的热边界层，因此，需要的空气的量很小，输送的气流量大大减小，加热这些空气所需要的热量也很小，产热热源所消耗的功率大大降低，从而利用很少的热能就能够对试验对象200建立用于模拟真实工作环境的热环境。此外，还可以使试验对象200被快速置于特定的热环境之中，从而大大缩短试验启动时间。

热风幕携带的热气流沿着试验对象200的侧壁上升后，热气流将汇集在舱体110的上部，使得上下部的空气存在一定温差。在实际测试中，由于热风幕的热气流向上不断输送并聚集在舱体上方或顶部，而使舱体上方和下方存在8至15摄氏度的温差，这是不期望的。此外，聚集在舱体110上方的热气流不再对试验对象200的保温起作用，并且舱体上方和下方存在较大的温差一定程度上会使试验对象200的热应力增大。为了更好地利用热气流、减小热应力并实现节能，可以将上升到舱体110上方的空气压到舱体下部，在此过程中可采用单元操作的方法、掺混的方式使上升到试验对象200上方的热空气向下回流，从而加热试验对象200与舱体侧壁112之间的空气，减少额外的能耗，这一方面可以充分地利用舱体110内的热气流，另一方面加热试验对象200未占据的空间的空气可进一步降低用于加热试验对象200的热风幕的热耗散，从而在围绕试验对象的热风幕边界(形成围绕试验对象的第一层保温层)外侧形成进一步的保温层(第二层保温层)。

可在舱体110的内部上方设置引流装置，例如，引流装置可包括一个或多个风机140，以将蓄积在舱体110上方的热气流朝向舱体110的下方输送。风机140可以是轴流风机，以将热气流向下吹送。优选地，风机140可将舱体110内部上方的气流沿着试验对象200周围边界的热风幕的外侧朝向舱体110的下方引导，在此过程中，向下输送的热气流位于向上流动的热风幕外侧，两股气流形成逆流，相互摩擦掺混，在掺混的过程中换热，从而由此削弱舱体上下温差。由于利用了从气流输出部122输出并聚集在舱体110上方的热气流来加热舱体侧壁112与试验对象200之间的空气，同时还利用了由气流输出部122输出的向上的热气流的一部分(在试验对象200的外表面上的边界层以外的部分)以使其与风机140自上而下吹送的气流进行逆流对流换热，从而对舱体110内的空气进行加热，这不仅可降低用于在试验对象200周围边界形成热幕边界的热气流的热耗散，还充分利用热气流发生器150产生的热气流，实现高效传热并传质，实现对热源的高效利用，对电热源功率转化效率的最大化使用。

风机140的位置根据试验对象200的放置位置可变化，以使多个风机140位于试验对象200的周围边界的上方，由多个风机140由上至下引导的热气流与由气流输送装置120由下至上输送到试验对象200的周围边界的热气流的一部分逆流掺混，以在不影响(或剥离)附着在试验对象200的外壁的热边界层的同时强化换热，有效地加热试验对象200与舱体侧壁112之间的空气。

例如，参照图3和图4，四个轴流风机140可设置在舱体110的上方并与舱体110的顶壁保持一定距离。轴流风机140可连接有空气流道141，轴流风机140的风扇可设置在轴流风机140的下部。如图所示，空气流道141的顶部可与舱体110的顶部间隔开预定距离，例如距离h1，空气流道141可具有h2的长度。可将轴流风机140设置在安装在舱体110的顶壁的桁架上，并使轴流风机140的位置能够根据试验对象200的位置、形状或小大而改变。如图所示，四个轴流风机140可分别位于试验对象200的四个角上方的位置。聚集在舱体110上方的热气流可在风机140的作用下进入空气流道141，并进一步由风扇吹送，从而使上方的空气朝向下方流动。通过风机140而由上至下流动的气流可与围绕试验对象200自下而上地形成热幕边界的热气流的一部分(例如，热幕边界的外层的热气流)进行逆流掺混，由此从热气流发生器150经由气流输送装置120输送的热空气不仅可以在试验对象200周围形成主要用于加热试验对象200的热幕边界，还可以用于加热试验对象200与舱体侧壁112之间的空气，这进而可以在由气流输出部122向上输出并贴附在试验对象200气流形成的风幕的外侧形成另一风幕，从而形成用于试验对象200的双重保温层。

优选地，引流装置还可包括设置在试验对象200的四周的上方的汇流管道，每个风机140的空气流道141可通过汇流管道彼此连通，并且汇流管道可具有向下的开口，通过每个空气流道141的气流经由汇流管道汇流后经过该开口而围绕贴附试验对象形成的风幕的外侧向下吹送。如图5中所示，四个风机140的空气流道141可通过汇流管道而被彼此连通(图中仅示出了引流装置的俯视图)，以使由四个风机140由上至下引导的气流可围绕在试验对象200的四周，从而进一步促进空气向下流动并强化换热效果。向下吹送的气流能够将试验对象200的周边包围起来，从而在热风幕的外周形成一层向下吹送的气流。例如，可以在试验对象200的外周形成排放口朝下且扁平的汇流管道，四个风机140的出风口相互连通，吹出的气流汇流后，通过汇流管道的排放口向下排放，从而在热风幕的外周形成均匀的包围试验对象200的气流层。

返回参照图1，可在舱体110的舱体侧壁112的内表面上设置加热器130，试验装备100可包括控制器，控制器可被配置为根据热风幕的温度来控制加热器130的加热功率，以使舱体侧壁112的内表面的温度与热风幕的温度彼此保持一致，使得附着在试验对象200的外表面上的热风幕不向舱体侧壁112的内表面传热，只能向试验对象200的内部传热。

舱体110的墙壁可填充有绝热材料，防止内部热量向外流失。舱体侧壁112内表面上可以敷设电加热膜，电加热膜的厚度可以为几毫米厚。通过电加热膜形成一个产热薄层，在空气围绕电加热膜时可形成一个薄的热边界层，该热边界层可以为几毫米厚的边界层，用于加热附着在电加热膜表面上的空气。电加热膜的温度跟随试验对象200的外周的热风幕的温度。

由于试验对象200的侧壁上的热风幕温度与舱体侧壁112的内表面的温度保持一致，理想情况下，两者之间没有温差。没有温差就没有热传递，从而，热风幕的热量不会再向舱体110内壁流失，因此，只需要提供用于加热热风幕与舱体侧壁112之间的有限空间内的空气的热量即可。由于加热有限空间内的空气热量不需要太高的功率，因此，在使舱体110内部的空气升温的过程中，热气流发生器150不需要具有太大的功率。

此外，在保温过程中，由于舱体侧壁112形成了一个与热风幕等温的绝热层，热量不会再向舱体110外部流失，只能向试验对象200传递，因此，在将试验对象200保持在预定温度的过程中，热气流发生器150只需要以较低的功率运行即可。

本实用新型的实施例在舱体110的内表面依据维恩位移定律建立等效于风电机组承载围护结构钢筒内表面的低温热辐射源，借助与边界热空气等温的热空气边界层和固体热源边界使得舱体内边界建立与试验考核对象温度一致的边界场，实现舱体内热空气不再向舱体内表面传热的节能舱体，实现热气流仅仅向试验对象和舱体内释放热能，实现节能最大化的物理边界效应。通过控制舱体侧壁112的内表面的温度与热风幕的温度保持一致，进一步在舱体内空气的外侧形成进一步的保温层(第三层保温层)，从而通过利用较少的能源消耗即可有效地建立并保持试验对象的热环境。因此，根据本实用新型的实施例，能够实现热源占据空间最小化，与热源匹配的电热源功率最小化，输送电热源功率的电力传输电缆经济界面积最小化，对生产车间电源变压器提出的容量需求最小化，生产车间电源变压器无需储备较多的视在功率给生产成本造成浪费。

参照图1至图3，热气流发生器150可设置在舱体110内部，例如，可设置在舱体110内部的角落，以不影响或占据用于试验对象200的空间。热气流发生器150可连接到气流输送装置120，以将在热气流发生器150产生的热空气输送到气流输送装置120，进而经由气流输出部122输出。

参照图6，热气流发生器150可包括用于为引入的空气提供热交换空间和流动路径的筒体151、设置在筒体151内的电加热器152以及引流风机153，引流风机153将气流从筒体151的第一端引入从而被电加热器152加热，并将加热后的气流从筒体151的第二端引出，从筒体151引出的热气流经由输出管路158输送到气流输送装置120。

当将热气流发生器150设置在舱体110内部的情况下，热气流发生器150可不断地引入舱体110内的空气，并将加热后的空气输出到气流输送装置120，从而实现舱体内空气内循环。然而，热气流发生器150的设置方式并不限于此，热气流发生器150还可设置在舱体110的外部，并不断地吸入外部的环境空气，并将加热后的空气输送到舱体110内，在这种情况下，还可在舱体110上设置空气出口，从而使空气可以从舱体110引出，确保舱体110保持在一定压力环境下。

图6示出了采用离心风机作为引流风机153的热气流发生器150的示例。如图6所示，引流风机(离心风机)153可设置在筒体151的第二端外侧，离心风机可通过渐缩通道155连接到筒体151的第二端，渐缩通道155可以是从筒体151朝向离心风机的蜗壳直径逐渐变小的直线型或弧形渐缩通道，通过渐缩通道，从筒体151流出的气流可被加速。

电加热器152可沿着筒体151的中心轴向地布置，以加热引入到筒体151中的空气。电加热器152与筒体151之间可形成用于气流流动的环形通道，通过引流风机153进入到筒体151的空气可被引导到该环形通道中并被电加热器152加热。电加热器152可由固定到筒体151的内壁的支架154支撑，电加热器152可以是任何适于电加热的装置，电加热器152可电连接到电源及功率输出控制159，优选地，电加热器可具有不锈钢304制成的壳体、内置电加热丝和结晶氧化镁并且壳体外表面可设置有不锈钢的螺旋状翅片。电加热器152可占据筒体151的通流截面中心区域的一半以上，可略大于离心风机的叶轮直径，由此可使电加热器152所处的位置对应于由离心风机引导的较大风量处。优选地，电加热器152的外径可占据筒体151的内径的1/2至3/4。此外，从筒体151的第一端向着筒体151的第二端，电加热器152的外径可逐渐变大，例如，在筒体151的第一端电加热器152的外径可比筒体151的第二端小10％，从而使电加热器对空气的有效加热最大化。

筒体151的侧壁中可含有绝热材料(例如，厚度为150mm的玻璃纤维)，并且/或者筒体151的外表面可粘接绝热材料(例如，石棉毡)，筒体151的内表面可由不锈钢(例如，0.5mm的不锈钢304)形成，优选地，筒体151的内表面可被光亮镜面处理，由此最大程度地减小筒体151对筒体内热空气的吸热和筒体151对外部的散热。

筒体151的第一端可设置有引入导流部件156，引入导流部件156可具有渐缩形喇叭口形状，由此可便于引入舱体110内的空气。

图7示出了根据本实用新型另一示例的热气流发生器160。如参照图6所示的热气流发生器150不同，热气流发生器160采用轴流风机作为引流风机163，引流风机(轴流风机)163设置在筒体161的第一端，筒体161的第二端设置有端板169，端板169上开设有一个或多个空气出口，用于连接输出管路168。在轴流风机的作用下，舱体110内的空气在筒体161的第一端被引入到筒体161内并经由筒体161内的电加热器162被加热，加热后的空气经由设置在端板169上的空气出口排出。

筒体161的第一端可设置有引入导流部件166，引入导流部件166可具有渐缩形喇叭口形状，由此可便于引入舱体110内的空气。

如图7所示，热气流发生器160可包括圆柱状绝热体164，圆柱状绝热体164可沿着筒体161的中心轴向地布置并通过设置在筒体161上的支架167支撑，从而使由轴流风机吹送的空气聚集在圆柱状绝热体164和筒体161之间的环形通道中。电加热器162可设置在该环形通道中，并对其中流动的空气进行加热。端板169可用于封堵环形通道的端部。

此外，圆柱状绝热体164可具有面向引流风机(轴流风机)163的锥状端部165。

设置圆柱状绝热体164的目的在于构建对应于轴流风机较大风量位置的空气流动空间，同时将气流引导到圆柱状绝热体164和筒体161之间的环形通道中并将电加热器162设置在该空间内，这可迫使气流流动到电加热器162附近，减薄气流与电加热器162的热边界层，从而可增强气流的换热效果，由此更高效地加热空气，并减小电加热器162的能耗。设置锥状端部165的目的在于减小因气流通道截面突然变小而产生的流动阻力。

圆柱状绝热体164可以是实心体也可以是空心体。例如，圆柱状绝热体164可以是空心的圆筒体，诸如由厚度为1.5mm的不锈钢304形成，并且其内部可设置有绝热材料(例如，5mm厚的石棉毡)，由此可节省材料和减少支架167的支撑重量。

圆柱状绝热体164的外径可占据筒体161的内径的1/2至3/4，轴流风机的风扇的直径可略小于筒体161的内径，由此可利用圆柱状绝热体164来将由轴流风机沿着中心轴向或小于叶轮半径1/2的区域产生的流量较小的气流引导到圆柱状绝热体164与筒体161之间的环形通道中，从而被集中加热。

支撑圆柱状绝热体164的支架167可具有沿轴向方向的雨滴状或椭圆截面，以减小支架167在轴向方向上对空气的流动阻力。

电加热器162可包括多个电加热器162，每个电加热器162可由固定到筒体161的支架支撑，多个电加热器162在筒体161的轴向和/或径向方向上交错布置。例如，沿着筒体161的轴向方向相邻的每两个电加热器162距筒体161的径向距离可以不同，在气流通道中，电加热器162交错设置，位于筒体161的不同的半径位置处，由此强化空气与电加热器之间的传热。

此外，端板169在空气出口周围可形成弧形弯曲面(例如，凹弧面或凸弧面)，例如，空气出口的在筒体161的半径方向的宽度可小于圆筒状绝热体164与筒体161之间的环形通道的径向宽度，气流在从环形通道流出时可经由弧形弯曲面的引导到达空气出口，从而减小空气在输出时因流道截面突变而产生的阻力。空气出口可连接到输出管路168，输出管路168可连接到气流输送装置120，从而将由热气流发生器160产生的热气流输送到气流输送装置120。可选地，除了使端板169的空气出口周围处形成弧形弯曲面之外，还可在端板169上设置将环形通道与输出管路连通的渐缩形导流件，例如，端板169可以是平坦的，并具有开口，渐缩形导流件的直径大的一端可附连到该开口处，并且直径小的一端可附连到输出管路168，从而减小空气在输出时因流道截面突变而产生的阻力。

在上述的热气流发生器150或160中充分利用了“场协同理论”的强化传热技术。通过使筒体内的气流有效地贴近电加热器并交替布置电加热器等可充分减薄边界层并增加气流的扰动，从而增强传热效果。

在上文中描述了基于方形围护结构建设的方形舱体110，然而舱体的形状也可以被构造为圆形。图8示出了根据本实用新型的第二实施例的基于圆形围护结构建设的试验舱体的示意图。例如，在构造用于风力发电机组的产热设备的试验装备时，可以将舱体构造为塔筒的形状。舱体210可由至少两个弧形分瓣拼接而成，例如可以由两个半圆筒结构拼接而成，半圆筒可彼此相对枢转从而打开或闭合。当需要对试验对象200进行测试时，可以先将两个半圆筒打开，将试验对象200放入，然后将两个半圆筒闭合，以将试验对象200围合在舱体210的内部。此外，舱体210可以是一端敞开的一体式圆筒，在需要对试验对象200进行测试时，可将一体式圆筒罩在试验对象200上方即可。如上所述的设置在舱体110内的热气流发生器150、160、气流输送装置120以及设置在舱体110上方的风机140均可参照图1-3描述的方式进行设置。

此外，舱体侧壁211的内表面可设置有加热器230(例如，含有阻燃材料的硅橡胶电热膜)。加热器230可设置在舱体侧壁211的整个内圆周表面上，并且加热器230可被控制为使舱体侧壁211的内表面与在试验对象的周围边界形成热风幕的温度彼此保持一致。

此外，考虑到太阳辐射强度和方位角变化，例如风力发电机塔筒的南面和北面之间会存在温差，可对设置在舱体侧壁211的内表面上的加热器230进行分区控制，如图8中内圆周表面上的虚线所示。可将舱体210的壁在圆周方向上划分多个区域，并使控制器分别控制与该多个区域对应的加热器230的加热功率。例如，在太阳的照射下，朝向太阳的一侧(南面)可比背向太阳的一侧(北面)温度高，则可控制南面的加热器230的温度略低于北面的加热器230的温度，从而使舱体侧壁211的内表面的整体上的温度均匀一致。

在图8中示出了舱体侧壁211沿着周向被划分多个区域，以对舱体侧壁211进行分区控制，这可考虑到朝向太阳和北向太阳的侧壁的温差。此外，还可对舱体侧壁211沿着轴向划分多个区域，从而考虑(例如)太阳东升西落而在舱体侧壁211的不同轴向位置处形成的温差。

虽然参照圆筒形舱体210描述了基于太阳辐射强度和方位角的变化而对加热器230进行分区控制，但应理解，分区控制方式同样适用于上文描述的方形的舱体110的舱体侧壁112上设置的加热器130。

此外，如图3所示，舱体110的内部还可设置水蒸气发生器170以对舱体110的内部进行加湿，并设置湿度传感器参与实验过程监控、考核，以配合湿度要求，从而更真实地模拟试验对象的实际工作环境。

图9示出了用于控制试验对象周围边界的空气的温度和舱体侧壁的内表面温度的温度控制示意图。

如图9所示，控制系统可包括主回路和副回路，主回路用于控制试验对象的周围边界的空气的温度，副回路用于控制舱体侧壁的内表面温度。主回路的输出同时也是副回路的给定，副回路的输出始终跟随主回路的输出。

如图9所示的电热源(1)是设置在热气流发生器150、160中的电加热器152、162，电热源(2)是设置在舱体侧壁的内表面的加热器130、230。用T1表示舱体内试验对象周围边界的空气的温度，用T2表示舱体内壁(低温辐射源)的内表面温度。主回路的输出T1作为副回路的给定，从而根据T1来控制舱体侧壁的内表面温度T2。在利用舱体模拟塔筒内的热环境的情况下，舱体侧壁的内表面可表示塔筒内壁低温辐射模拟表面，T2可表示塔筒内壁的表面温度。

图10示出了T1和T2的控制曲线图。加热过程的温升曲线显示的是三段，也可以是“两段”(即：两个阶段)或“四段”(即：四个阶段)，“受热”阶段和“热扩散的均一化”阶段。工艺温升曲线“升温阶段”可以是直线、曲线(凹弧或凸弧)。如图10所示，舱体侧壁的内表面温度始终跟随舱体内试验对象周围边界的空气温度，由此在舱体侧壁的内表面建立了与试验考核对象温度一致的边界场，实现舱体内热空气不再向舱体内表面传热的节能舱体，实现热气流仅仅向试验对象和舱体内释放热能，实现节能最大化的物理边界效应。

本实用新型通过将传热学领域的对流传热的场协同理论应用在电气设备、产热设备耐环境试验运行考核装备设计领域，实现电热源的热气流发生器换热节能、热气流加热舱体内空气节能，舱体上方与下方气流循环掺混力图均匀的技术节能装备。温升过程实现热源能耗较小，温升过程对电气设备、产热设备产生的热应力较小。同时，在舱体内表面依据维恩位移定律建立等效于风电机组承载围护结构钢筒内表面的低温热辐射源，借助与边界热空气等温的热空气边界层和固体热源边界使得舱体内边界建立了与试验考核对象温度一致的边界场，实现舱体内热空气不再向舱体内表面传热的节能舱体，实现热气流仅仅向试验对象和舱体内释放热能，实现节能最大化的物理边界效应。

本实用新型的技术效果主要通过以下几方面体现：

1、利用热空气发生器建立了与耐环境温度试验运行考核对象(电气设备、产热设备)边界温度场均一化与吸收速率匹配的温控系统，试验对象周围边界温升。

2、解决了耐环境温度试验运行考核对象(电气设备、产热设备)基于场协同理论的物理结构实现，实现热源换热面空间结构-高雷诺数下的高努谢尔特数，达到加热空气介质获得高表面传热速率的同时又降低能耗的目的。

3、思想方法跳出了传统热气流加热舱内空间介质方法的束缚，试验对象边界热气流与下推热气流逆流设置，实现高度方向等温环周温度场，上、下气流逆流掺混、实现高效混合传热并传质。

4、在舱体内表面依据维恩位移定律建立等效于风电机组承载围护结构钢筒内表面的低温热辐射源，借助与边界热空气等温的热空气边界层和固体热源边界使得舱体内边界建立了与试验考核对象温度一致的边界场，实现舱体内热空气不再向舱体内表面传热的节能舱体，在边界造就了节能绝热边界，封闭热气流热焓并实现热气流热焓仅仅向试验对象和舱体内释放热能，实现节能最大化的物理边界效应。实现热源占据空间最小化，与热源匹配的电热源功率最小化，输送电热源功率的电力传输电缆经济界面积最小化，对生产车间电源变压器提出的容量需求最小化，生产车间电源变压器无需储备较多的视在功率给生产成本造成浪费。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已示出和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行组合、修改和完善(例如，可以对本实用新型的不同技术特征进行组合以得到新的技术方案)。这些组合、修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种热气流发生器，其特征在于，所述热气流发生器包括筒体(161)、设置在所述筒体(161)内的电加热器(162)以及引流风机(163)，所述引流风机(163)将气流从所述筒体(161)的第一端引入从而被电加热器(162)加热，并将加热后的气流从所述筒体(161)的第二端引出，其中，所述热气流发生器(160)还包括圆柱状绝热体(164)，所述圆柱状绝热体(164)沿着所述筒体(161)的中心轴向地布置，所述电加热器(162)设置在由所述筒体(161)与所述圆柱状绝热体(164)之间形成的环形通道中。

2.如权利要求1所述的热气流发生器，其特征在于，所述圆柱状绝热体(164)具有面向所述引流风机(163)的锥状端部(165)。

3.如权利要求1所述的热气流发生器，其特征在于，所述引流风机(163)为轴流风机并且设置在所述筒体(161)的第一端，所述筒体(161)的第二端设置有端板(169)，用于封堵所述环形通道的端部，所述端板(169)上开设有空气出口，用于连接输出管路(168)。

4.如权利要求3所述的热气流发生器，其特征在于，所述空气出口的在所述筒体(161)的半径方向的宽度小于所述环形通道的径向宽度，所述端板(169)在所述空气出口周围形成弧形弯曲面，用于将气流引导到所述空气出口。

5.如权利要求3所述的热气流发生器，其特征在于，所述端板(169)上设置有将所述环形通道与所述输出管路(168)连通的渐缩形导流件。

6.如权利要求1所述的热气流发生器，其特征在于，所述圆柱状绝热体(164)为空心体，并且所述圆柱状绝热体(164)内置有绝热材料。

7.如权利要求1所述的热气流发生器，其特征在于，所述圆柱状绝热体(164)的外径占据所述筒体(161)的内径的1/2至3/4。

8.如权利要求1所述的热气流发生器，其特征在于，所述电加热器(162)包括多个电加热器(162)，所述多个电加热器(162)在所述筒体(161)的轴向和/或径向方向上交错布置。

9.如权利要求7所述的热气流发生器，其特征在于，所述筒体(161)的第一端设置有引入导流部件(166)，所述引入导流部件(166)具有渐缩形喇叭口形状。