基金项目科技部九五重点基础研究项目高效节能的关....pdf

1
1
2005 年第 2 期节能

(总第 271 期) ENERGY CONSERVATION — 3 —
热流计测量精度影响因素的数值分析
李超1 ,肖劲松1 ,张敏2 ,马重芳1
(1 北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室,北京 100022 ;
2 哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨 150090)
摘要:本文通过建立二维非稳态导热的数学模型,模拟了瞬态热流计测量低温金属表面与高温流体换热
时影响测量精度的五种主要因素。计算得出,由于热流计测头的出现,对流换热系数的变化会给热流测
量带来较大误差。其次,热流计测头自身因素的变化也会给测量带来误差。测头越薄,测量误差越小,
稳定越迅速;测头边长越长,测量误差越小。但当被测物表面积较大时,测头边长存在一个最优值,能达
到测量精度与测头尺寸的最佳结合,这个值约为 20mm ;测头与被测物粘贴越紧密,误差越小,稳定越迅
速;被测物导热系数越小,则测量误差越小。模拟计算的结果能够为热流计的设计制作以及实际应用提
供指导和参考。
关键词:热流;热流计测头;非稳态导热;测量精度
中图分类号: TK31 文献标识码:A 文章编号:1004 - 7948(2005) 02 - 0003 - 05
在工农业生产、科学研究、航空航天、动力工程的改变对热流测量的影响。
以及日常生活中,存在着大量的热量传递问题有待具体的物理模型描述如下:为了测量工业锅炉
解决[1 ] 。为了实现节能的要求,需要掌握各种热设设备中烟道壁的热流损失,利用热流计测头进行动
备的热量收支情况,例如要求直接测量热流密度的态的热流测量。设烟道壁初始温度接近环境温度,
[2 ]
变化和热流密度的分布等等,热流密度计的出现为 T1 = 300 K。突然有温度为 Tf = 400 K 的高温气
满足了这种需求。在测量过程中,由于热流计测头体从烟道中经过,与烟道壁面进行对流换热,并将其
的类型、尺寸、热阻、测头与被测物体之间性质的差加热。为了知道壁面与流体的换热情况,将一个以
异等因素,会产生各种各样的测试误差[3 ,4 ] 。就辅二氧化硅为基片的薄膜热流计贴附在烟道壁金属表
壁式热流计而言,即使热流计本身是准确的,但由于面,进行动态的热流测量。热流计测头的厚度δ、测
热流计的介入引起了被研究的物理模型产生畸变, 头的边长在 y 轴上的节距、金属壁的材料、热流计
[5 ]
也会给热流计的测量带来误差。为了分析辅壁测头与气体的对流换热系数等众多因素,在数学模
式热流计在测量过程中测量误差的影响因素,本文型中将根据研究的需要给出不同值,以便于计算对
建立了二维非稳态导热的数学模型,通过数值模拟比。
来分析热流计测量过程中对流换热系数、热流计测下面,将针对所描述的物理模型建立数学模型
头厚度、边长、测头与被测物粘贴紧密程度以及被测并进行数值求解。
物性质等因素对热流测量的影响。贴上薄膜热流计测头后,金属壁与高温气体的
数学模型的建立
1 传热情况,从原来的近似可以认为是一维传热变成
本文所建立的物理模型,模拟了薄膜辅壁式热了三维传热。但由于薄膜热流计测头的厚度相对于
流计测量低温金属表面与高温流体换热的情况。之
被