散热器热工性能实验

一、实验目的

（一）  掌握热媒为水时散热器热工性能的实验方法。

（二）  通过热工性能实验确定散热器散热量或传热系数与计算温差的关系，并求出其金属热强度值。

二、实验原理

（一）  散热器的散热量

Q=a（t_p-t_a）n=a△t^b           W      （1—1）

         式中  t_p——散热器进出口热媒平均温度，℃；

               t_p=（t_g+t_c）

               t_g——散热器进口处热媒温度，℃；

               t_c——散热器出口处热媒温度，℃；

               a、b——实验确定的系数，主要与散热器构造热媒参数及安装方式等有关；

               t_a——检测小室基准点空气温度，℃；

（二）  热媒输入散热器热量

Q=G（h_g-h_c）          W         （1—2）

         式中  G——散热器热媒平均质量流量，kg/s；

               h_g——相应于热媒进口温度t_g的焓，j/kg；

               h_c——相应于热媒出口温度t_c的焓，j/kg；

（三）  散热器传热系数

K= △t_n-1          W/m₂••℃       （1—3）

         式中  F——散热器散热面积，m₂。

（四）  散热器金属热强度

g=        W/kg•℃             （1—4）

         式中  △t——计算温度差，一般可取△t=64.5℃；

               g——散热器质量，kg。（无水状态）

             由上可见，散热器热工性能实验测量的参数有t_g、t_c、t_a、G、F、g。

三、实验装置

散热器实验装置主要有下列各部分组成：

（一）  风冷闭式检测小室空调系统

如图1.1所示。它主要由安装被检测散热器的闭式小室6及其套间5，用于维持小室空气温度稳定的空调系统（包括送回风系统、用于加热和冷却空气的电加热器系统和制冷系统等）组成。

图1.1风冷闭式检测小室空调系统

1 风机  2 风管  3 电热器  4 多叶送风口  5 小室套间  6 检测小室  7 回风口

8蒸发器  9 膨胀阀  10 压缩机  11 冷凝器  12 冷却塔 13 循环水泵  14 供水阀  15 补水阀

（二）  散热器热媒循环系统

如图1.2所示。它主要由低位水箱13、循环泵1、高位水箱2、电热锅炉14、散热器6及换向器8等组成。

图1.2  散热器热媒循环系统

1 水泵  2 高位水箱  3 水位计  4 温度计  5 电热器  6 散热器  7 流量计 

8 换向器  9 取样器  10 冷却水管  11 量杯  12 天平 13 地位水箱  14 锅炉

（三）  散热器进出口热媒温度、检测小室空气温度检测系统及温度控制系统。

（四）  热媒冷却及称量系统。

四、实验方法

（一）实验条件

实验必须在稳态条件下进行，即在等时间间隔（一般间隔不超过10分钟）中至少有六次连续测量值，每次测量值与其平均值元差不大于下列范围时即为稳态。

对于热媒系统

水量G     ±2%

温度t     ±0.2%

热量Q     ±1%

对于检测小室

内壁面中心温度               ±0.3%℃

基准点温度                   ±0.1%℃

安装散热器那面墙表面温度     ±0.5%℃

（二）参数测量

1、 温度测量

本实验利用四线制铂电阻温度计测量温度。先由8840A数字多用表测得电阻值，然后再根据计算公式（或查表）求出温度值。

2、 流量测量

采用质量法测量。用MP—4000型电子天平称出取样流体的质量，根据取样的间隔时间求出热媒的质量流量。

3、 温度与流量的测量范围

由tg=95±2℃，tg-tc=20±2℃确定流量G，保持不变，分别测出tg=80±3℃、65±5℃相应的tc值。学生进行实验时，壁面参考点的温度可不测量。

4、 温度与流量测量精度

      tg、tc、ta        ±0.1℃

      G                 ±0.5%

      壁面温度          ±0.2℃

5、 散热器散热面积及质量测量

五、实验步骤

   （一）系统启动前准备工作（由教师完成）

1、安装散热器；2、系统充水、排气；3、配点柜、控制接通电源；4、仪器仪表的调整。

（二）热媒（水）循环系统启动（见图1.2）

 1.开启循环水泵1、流量计7浮子漂起；

 2.启动低位水箱13和锅炉14的电热器5。

（三）检测小室空调系统启动（见图1.1）

 1.启动风箱1及冷却塔风机16；

 2.打开冷凝器11的供水阀14和循环泵13，待冷却水系统充满水后关闭阀14，打开冷却塔补水阀15；

 3.开启制冷机并观察高、低压压力表的指示值；

 4.开启空气加热器。

（四）自动控制系统投入

 自控系统必须在热媒系统及检测小室空调系统正常运行后才能投入。

    1、散热器入口水温控制       

      由电子调节器TA—012控制低位水箱13的电加热器5，及电子调节器TA—092和可控硅电压调整器ZK—03控制锅炉14的电加热器5，实现对入口水温的控制。

2、检测小室基准点空气温度控制

   由XQCJ—400型自动平衡记录调节仪和可控硅电压调整器ZK—03等控制送风加热器了，实现对小室基准点空气温度的控制。

（五）  水量控制

 靠手动调节阀门实现。

（六）  测量

当系统中温度、流量达到稳定后便可读数记录。每个工况连续读数1小时，每间隔10分钟读一次数。

（七）  停车

     正好与启动系统的顺序相反。

  1、加热器控制系统

  先停电热器的控制仪表，后按下有关的控制按扭。

  2、检测小室空调系统

  先按下制冷机停止按扭，并随即关闭制冷机的吸气阀，待6～10分钟后，关闭风机及冷却水系统。

  3、按下循环水泵停止按扭。

六、实验数据整理

（一） 

根据测得的数据用*小乘法求（1—1）式中的系数a和b。

（二）求出热传系数K的计算式。

（三）求出△t=64.5℃时散热器金属热强度值q。

（四）计算△t=64.5、60.0、55.0℃的散热量Q，并与有关标准中给出的散热量进行比较。

 附表1－1    散热器热工性能实验记录表    

附表1－2     散热器热工性能实验计算表                  

     时间：  散热器型号： 散热器面积：   ㎡散热器质量：   kg