管翅式散热器传热性能测试平台搭建的研究

陈金友 杨林

摘  要：运用CFD软件建立数学物理模型，进行数值计算分析是对散热器传热性能研究的重要方法，故验证模型是否合理，计算分析是否准确则显得尤为关键。该文设计出管翅式散热器传热性能测试平台，并对平台搭建提出具体实施要求，为结果计算推导过程公式，具有极强的实践操作性，对管翅式散热器的设计及优化有重要的实践意义。

关键词：翅片管散热器  传热性能  测试平台

中图分类号：TK172                                 文献标识码：A                           文章编号：1672-3791（2019）04（a）-0055-02

随着我国经济的发展，人们对生活品质要求随之提高，在重视居住环境及条件的同时，也更加关注环保、节能等方面。我国北方冬季气温较低，为营造更加舒适、健康的工作、居住环境，必须进行室内温度、湿度等参数调节，另外考虑环保、节能等因素，北方绝大部分地区采用集中供暖。散热器作为常见供暖终端普遍使用，管翅式散热器作为常用散热器类型之一，广泛被采用，目前市场常见的管翅式散热器为L型管翅式散热器。查阅资料发现，我国对采暖散热器研究较少，对采暖散热器传热性能进行试验研究的几乎没有，国内对散热器传热性能的研究普遍采用CFD軟件建立数学物理模型，进行仿真计算分析研究。采用仿真模拟研究过程中数学物理模型是否合理、仿真计算分析是否符合工程误差要求等均需要进行验证试验。验证试验平台搭建尽可能与现实工作环境条件一致，使得试验数据更加真实科学地反映出散热器传热性能。

1  实验平台研究的意义

1.1 检测市场常见散热器传热性能

目前市面上常见采暖散热器门类繁多，质量参差不齐，其传热性能也是良莠不齐，传热性能参数五花八门，且缺乏科学性及依据。为此，搭建测试平台检测市场常见散热器传热性能，可以有效评估产品传热性能，为消费者提供购物导向，为建设资源节约型社会贡献力量。

1.2 检验仿真模型建立、计算及分析的科学性

采用CFD软件进行数值仿真是研究散热器传热性能的常用方法，仿真研究的关键是建立科学合理的数学物理模型，仿真计算分析处理科学得当。通过搭建散热器传热性能测试平台进行实验，将实验结果与计算机仿真结果进行比对，如若误差在工程许可范围内，则认为数学物理模型科学合理，仿真计算分析处理科学得当，仿真研究科学有效，如若误差超出工程许可范围，则应该继续修正数学物理模型，优化仿真计算分析处理过程，直至误差可以被接受为止，方可进行后续大量的仿真计算分析研究，要不然其大量研究工作将失去意义。

1.3 提供优化散热器传热性能的实践依据

以仿真研究结果为导向，结合管翅式散热器传热性能测试平台实验结果，进行散热器传热性能影响因素研究，对散热器翅管布置形式、结构参数等进行优化，同时开展散热器验证性试验，为优化散热器传热性能提供科学有力的实践依据。

2  实验平台搭建思路

管翅式散热器散传性能测试平台由测试空间、空间温度调节系统、热水循环系统及传热性能测试系统4部分组成。管翅式散热器散传性能测试平台工作原理为：将实验部件置于一个恒温环境，通过测量流经实验部件的介质流量、进口温度、出口温度等参数，计算这一环境下的试验部件散热量。管翅式散热器散传性能测试平台系统图如图1所示。

测试空间为性能测试提供一个相对稳定，实验环境参数可量化、调节、重复的实验场所。空间温度调节系统作用是为稳定测试空间温度，同时满足实验需要，可进行调节控制的一套设备。热水循环系统的作用是模拟散热器真实工作环境及过程，工作介质（水）加热，使用循环水泵促使工作介质循环流动，经过系类调节测试装置后进入实验部件（采暖散热器），后又经温度、流量调节装置后回流到电加热水箱。传热性能测试系统是整个测试平台的核心，作用是测试实验部件进出口的温度及工作介质流经部件的流量。

3  实验平台搭建要求

3.1 热水循环系统热水温度及流量的控制

管翅式散热器散传性能测试平台热水循环系统通过电加热水箱可以提高热水温度，冷却器可以降低热水温度，其两者配合使用，通过调节阀进行控制调节，调控温度范围依据实际工作环境，热水温度控制在50℃～85℃之间，热水温度调控精度为±0.2℃以内，散热器进出口温度通过铂电阻式热电偶进行测量，测量温度精度为0.15℃，且响应时间较短，其测量数值试验计算重要参数之一。热水循环系统通过循环水泵7提供水循环动力，调节阀进行热水循环流量调节，流量调控精度为±0.72kg/h以内，流量计进行热水流量测量，其测量数值是实验计算重要参数之一。

3.2 测试空间空气温度控制

测试空间假设为一个内部热交换充分的均匀体，内部空气温度以一个值，测试空间空气温度可以通过使用水银温度计进行测量，测量值要求控制在某个固定值不变，测试空间温度调节主要依靠空气加热器及风机实现，温度测试基点固定不变，具体位置为采暖散热器中心，正前方500mm，距地面高度500mm处。根据冬季室内温度范围控制在18℃～25℃之间，温度控制在某一个固定值上下0.1℃范围内。

3.3 测试平台零部件安装规范

管翅式散热器散传性能测试平台零部件安装应注意以下规范：（1）试验部件应该安装在测试房间的一面墙正中间;（2）试验部件安装必须与墙面平行，且最近距离控制在（50±5）mm;（3）试验部件安装必须与地面平行，且最近距离控制在（100±5）mm;（4）试验部件支撑结构不影响散热器传热性能;（5）热电偶分别安装在距试验部件进出口100mm处。