[发明专利]一种表面传热系数的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面传热系数测试技术，尤其是涉及一种可实现流体的无介入式表面传热系数测量装置及方法。

背景技术

自然界和工程中，因流体宏观运动造成内部冷、热组成相互掺混，从而产生热量传递的现象称为对流。对流传热有着重要的实际应用和理论背景，涉及地球物理、能源利用、工业安全等诸多领域。表面传热系数是表征对流传热效果的重要参数之一。现有表面传热系数的获得大致有分析法、实验法、比拟法和数值法，其中实验法获得较广泛的应用。不过，实验法往往需要相似理论的指导，最终获得的是与表面传热系数相关的特征数，实际计算时还需要预知流体的导热系数，所得结果的误差常常可达±20%，甚至±25%。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种测量精度得到提高的表面传热系数测量装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明流体表面传热系数测量装置包括一个以上流体表面传热系数感受装置、一个以上非介入式热敏体温度监测器、热电偶和数据处理器；每个所述流体表面传热系数感受装置包括红外加热器、置于所述红外加热器的光路上的热敏体和用于支撑所述热敏体的绝热支座，每个非介入式热敏体温度监测器一一对应地置于相应的热敏体的最大红外波段光散射区域内；所述热电偶、各所述红外加热器、各非介入式热敏体温度监测器的信号输出端分别与所述数据处理器电连接。

进一步地，本发明还包括计时器，所述计时器与所述数据处理器电连接。

进一步地，本发明所述热电偶、各所述热敏体和用于支撑所述热敏体的绝热支座均置于流体空间内。

进一步地，本发明所述流体空间的壁上设有光学窗口，所述光学窗口位于各红外加热器的光路和各所述热敏体因热原因释放的光路上。

使用本发明装置进行流体表面传热系数测量的方法包括如下步骤：

步骤（a）：将所述热敏体和热电偶置于流体内；

步骤（b）：首先利用热电偶测量流体的温度t_∞，而后利用所述红外加热器对热敏体进行加热，使热敏体的温度高于流体的温度t_∞；在停止对热敏体加热的同时，非介入式热敏体温度监测器开始工作，同时开始计时，并记录此时刻热敏体的温度t₀；待经过一时间间隔τ后，非介入式热敏体温度监测器停止工作，同时停止计时，并记录此时刻热敏体的温度t；数据处理器利用以下公式（Ⅰ）计算流体的表面传热系数h：

h=-ln(t-t∞t0-t∞)×ρcV/Aτ---(I)]]>

其中，V表示热敏体的体积，A表示热敏体的表面积，λ表示热敏体的导热系数，c表示热敏体的比热容，ρ表示热敏体的密度；

步骤（c）：数据处理器校核所得到的流体的表面传热系数h是否满足以下公式（Ⅱ）：

hV/Aλ≤0.1    （Ⅱ）

式（Ⅱ）中，h表示流体的表面传热系数，V表示热敏体的体积，A表示热敏体的表面积，λ表示热敏体的导热系数；

如果不满足公式（Ⅱ），则选取具有更小体积和/或更高导热系数的热敏体，重复步骤（a）至（c），直至所得到的流体的表面传热系数h满足公式（Ⅱ）。