中国涂料网 - 中国涂料网,涂料行业门户网站 !

商业资讯: 企业动态 | 双赢访谈 | 市场动态 | 专利·工艺 | 最新技术 | 会议会展 | 行业综述 | 行业动态 | 最新产品 | 展会新闻

你现在的位置: 首页 > 商业资讯 > 行业综述 > 喷塑涂层厚度对散热器散热量影响的实验研究

喷塑涂层厚度对散热器散热量影响的实验研究

信息来源:paintkey.com  时间:2009-08-31  浏览次数:197

  [摘要]为了确定散热器外表面的喷塑涂层厚度对散热量的影响情况,本文按照国家标准规定的测量方法,测量了椭圆管卫浴散热器在不同涂层厚度条件下的总散热量,分别对不同放置状态、不同计算温差条件下的散热量进行了比较和分析。结果表明在垂直放置状态下,散热器表面涂层的厚度对散热量的影响并不明显;而在水平放置状态下,喷塑涂层厚度对散热量的影响非常明显。且散热量随表面涂层厚度的变化关系呈二次曲线的形式,存在一个有利于散热的最佳涂层厚度。
[关键词]椭圆管卫浴散热器;散热量;涂层厚度;放置状态

[中图分类号]TU832.2+3 [文献标识码]A


  0 引言

  随着社会经济的发展,人们的生活水平不断改善,对居住环境的要求也不断提高。安装在室内的采暖散热器除了要满足其主要的散热功能外,它的装饰性、美观性越来越引起了人们的重视。因此,喷涂有各种颜色涂层的散热器应运而生,并迅速占有了散热器市场。然而散热器的主要功能还是散热,在其表面喷涂涂层势必增加了散热器的表面热阻,不利于散热。据统计,不同涂层厚度散热器散热量的差别高达10%左右,涂层厚度的确定已成为散热器设计的一个技术难题。因此,在国家大力提倡节能减排的政策引导下,对涂层厚度与散热器散热量

的关系进行研究是非常有必要的。本文对不同涂层厚度的椭圆管卫浴散热器进行了实验研究和理论计算,在实验数据的基础上,分析了涂层厚度在不同温差下对散热量的影响规律,以指导散热器的生产和设计人员的选用。

  1 实验台介绍

  散热器热工性能实验是在青岛理工大学采暖散热器实验台上进行的,该实验装置符合《采暖散热器散热量测定方法》(GB/T13754.1992)[1]所规定的各项指标,实验装置如图1所示。其中试验台热媒流量为5~400kg/h,精度为±0.5%;热媒温度为10~100℃,精度为±0.1;检测小室内基准点温度为17~19℃,精度为±0.1。实验采用试件为椭圆管卫浴散热器,其基本形式、尺寸及放置状态参考图1中的试件细图,其椭圆散热管的尺寸为长轴50mm,短轴25mm;联箱管为D型管,尺寸为38mm×35mm;材质为钢管,重量约为7.2kg。试件编号及表面涂层厚度参见表1。



图1 采暖散热器热工性能检测装置

表l 试件编号及涂层厚度、颜色、光泽度




  2 测试结果

  本实验按照《采暖散热器散热量测定方法》(GB/T13754-1992)[1]的规定进行。对每组试件分别在计算温差为(32±5)K、(47±5)K、(64.5±5)K时进行测试,在测试过程中,对每个稳定工况点进行不低于12次的连续测试,且测试结果相对偏差不超过2%,并取其平均值。散热器的散热量通过测量流过散热器的热媒流量(称重法)和散热器进出口的焓差来确定。然后根据实验测试数据,用二元线性回归的方法得出散热器散热的特性公式[2]。即:

  Q=Gmp(h1-h2)=AΔTB   (1)

  式中,Q为散热器的散热量,W;Gmp为热媒的平均质量流量,kg/h;h1,h2分别为散热器的进、出口处热媒的焓,J/kg;ΔT为计算温差,K,△T=(tg+th)-tn,其中,tg,th分别为热媒进、出口温度,K;tn为室内基准点的空气温度,K;A,B为系数。

  实验对椭圆管卫浴散热器在标准放置状态下(水平放置)以及垂直放置状态下的散热量进行了测试与数据整理。具体结果见表2、3。

表2 各试件在水平放置状态下的测试结果

?


表3 各试件在垂直放置状态下的测试结果

?


  3 实验的测量不确定度

  本文根据《测量不确定度评定与表示》(JJF1059-1999)[3],对实验结果进行评定。

多次直接测量的不确定度为:

    (2)

式中,n=

由仪器误差引起的不确定度为:

uB=   (3)

式中,Δ为仪器误差,在此实验系统中Δ=0.02K。

合成标准不确定度的计算公式为:

uC=   (4)

对间接测量量N,有函数关系为N=f(x,Y,z……),则它的不确定度的计算公式为:

u(N)=   (5)

根据式(2)~(5),分别对各个测试试件温度测量不确定度进行计算,结果见表4。

扩展不确定度U=kuC,k=2[3],则4种试件的扩展不确定度分别为:1.2、1.04、1.28和1.14W。则在散热量Q±U的区间包含了测量结果可能值的较大部分。

由以上分析可以看出,实验结果的差异并不在实验误差之内,故实验测试结果可以用于分析比较。

表4 试件在各个工况点时的测试不确定度   K

?


  4 实验数据处理[4]及分析

  4.1 散热量的对比

本文对相同颜色及光泽度,不同厚度的4种试件的实验数据进行处理,分别得到相同放置状态下温度与散热量的对比曲线,见图2、3,可以看出,在水平放置状态下涂层厚度对散热量的影响比较明显,并且随计算温差的增加,厚度的影响程度逐渐增大;而在垂直放置状态下涂层厚度对散热量的影响并不明显,在计算温差为64.5K时,最高差别率仅为2.1%,此时厚度的选取应以经济性为主。

?


图2 试件a、b、c、d在水平放置状态下对比曲线图

?


图3 试件a、b、c在垂直放置状态下对比曲线图

  表5以常用涂层厚度a为基准,分别列出了不同厚度的散热器在不同温差时的差别率,可以看出,在水平放置时散热器b的散热量最高,且在各个温差时的散热量均高于其它散热器。从总体趋势来看,随涂层厚度的增加散热量先增加后减小,说明存在有利于散热器散热的最优涂层厚度。随涂层厚度的增加,散热器热阻增加,不利于散热,但表面的光滑度增加,发射率也随之增加,有利于散热器的辐射散热。当涂层厚度不超过一定值时表面发射率为影响散热的主要因素,散热器的散热量随涂层厚度的增加而增加;当涂层厚度超过一定值时热阻成为影响散热的主要因素,散热器的散热量随涂层厚度的增加而减少。

  4.2 涂层的最佳喷涂厚度

在水平放置状态下,涂层厚度对散热量的影响明显。为了寻找涂层厚度与散热量的变化关系,将实验数据重新整理,得到如图4所示的变化曲线。表6列出了在特定的计算温差下,椭圆管卫浴散热器散热量随涂层厚度变化的关系式及计算结果。从图4和表6可以看出,椭圆管卫浴散热器在特定的运行温度下,散热量随涂层厚度的变化关系并不是呈单调递增或单调递减趋势,而是呈二次曲线形式,存在最大值。由此可以得出结论:为提高散热器的散热量,涂层厚度既不是单纯的越小越好,也不是越大越好,而是存在最佳使用厚度,但当计算温差低于30K时,这种二次曲线趋势变得不明显。

表5 散热器在不同计算温差下散热量   W

?



图4 不同温差下涂层厚度与散热量关系

表6 特定温差下的最佳涂层厚度

?


  图5为椭圆管卫浴散热器最佳喷涂厚度与计算温差的变化关系,可以通过拟和曲线得到在一定温差范围内任意计算温差所对应的最佳喷涂厚度值。从图可知,涂层的最佳喷涂厚度随着计算温差的增加先增大后减小。究其原因,在低温时,散热器的辐射散热量占总散热量的比例大于自然对流散热量,随着涂层厚度的增加其表面的光滑度、表面发射率增加,会增加散热器的辐射散热量,进而提高了散热器的总散热量。因而,在低温时最佳涂层厚度随计算温差的增大而增大。随着计算温差的进一步增大,散热器的辐射散热量占总散热量的比例逐渐减小,直至自然对流散热量占据主导作用,则随着涂层厚度的增加,热阻增大,散热器表面温度减小,自然对流散热量减少,导致总散热量减少。因而,在高温时最佳涂层厚度随着计算温差的增大而减小。此外,图2与表5所示在水平放置状态下,4种试件在低温时差别率小,在高温时差别率大,也是上述原因所造成的。

?


图5 最佳涂层厚度随计算温差的变化曲线图

  5 结语

  散热器的散热量不仅随着计算温差的变化而变化,而且涂层厚度不同时散热量方程式也有所不同。通过理论分析与实验研究可以得出以下结论:

  1)散热器的放置状态不同,则涂层的厚度对散热量的影响规律不同。在水平放置状态下,涂层厚度对散热量的影响非常明显,在计算温差为64.5K时差别率高达15%;而在垂直放置状态下,最大差别率仅为2%。因此,确定散热器表面涂层厚度时要考虑散热器的放置状态。

  2)在不同的计算温差和不同的涂层厚度条件下,散热器的辐射散热量和自然对流散热量所占的比例不同,因此,并不是单纯的涂层越薄越有利于散热。

  3)在特定的计算温差下,散热量随涂层厚度的变化呈二次曲线的形式,存在最佳喷涂厚度,在该厚度下散热量最大。

  4)最佳厚度随计算温差的增加先增大后减小,因此,散热器的运行条件也是确定涂层厚度时要考虑的因素之一。


[参考文献]

  [1]中华人民共和国建设部.GB/T13754.1992采暖散热器散热量测定方法[S].北京:中国标准出版社,1993.

  [2]萧曰蝾,牟灵泉,董重成.民用供暖散热器[M].北京:清华大学出版社,1996:149-152.

  [3]中国计量科学研究院.JJF1059-1999测量不确定度评定与表示[S].北京:中国计量出版社,1999.

[4]曹玉璋,邱绪光.实验传热学[M].北京:国防工业出版社,1998:53-69.
    ——本信息真实性未经中国涂料网证实,仅供您参考