專利名稱：涂料散熱性能的測試裝置及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案涉及應(yīng)用熱方法測試材料，具體地說是涂料散熱性能的測試裝置及其測試方法。

背景技術(shù)：
當(dāng)前，可以用于材料散熱性能的測試裝置都是按GB/T13754-92“采暖散熱器散熱量測定標(biāo)準(zhǔn)”設(shè)計(jì)的。這些標(biāo)準(zhǔn)測試裝置的設(shè)計(jì)都相當(dāng)復(fù)雜，要求有圍護(hù)結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。例如這些標(biāo)準(zhǔn)測試裝置一般采用鋼制的風(fēng)冷或水冷密閉小室結(jié)構(gòu)，其大小為4000×4000×2800(mm)，體積較大；熱媒系統(tǒng)采用兩級加熱方式，而且在熱媒系統(tǒng)中設(shè)有冷卻器，用以保證流量計(jì)量的準(zhǔn)確性；熱量測量的工況盤轉(zhuǎn)采用多只獨(dú)立的溫度傳感器，工作環(huán)境溫度的控制多采用獨(dú)立的非標(biāo)準(zhǔn)的冷卻系統(tǒng)，因此運(yùn)動調(diào)節(jié)和管理復(fù)雜，并且造價很高。目前，很多企業(yè)在散熱器產(chǎn)品的研究開發(fā)或試驗(yàn)過程中，沒有條件，有時也沒必要在標(biāo)準(zhǔn)測試裝置中進(jìn)行散熱器散熱性能的測試，而只需在實(shí)驗(yàn)室中或工業(yè)應(yīng)用中進(jìn)行相對準(zhǔn)確的測試即可。CN 2537460公開了一種企業(yè)在中間試驗(yàn)過程中自檢用的散熱器熱工性能試驗(yàn)臺。它主要是測量散熱器進(jìn)口溫度和出口溫度的溫差，以此評價散熱器的散熱性能。但是此專利所涉及的技術(shù)是開放式的，整個裝置與外界環(huán)境是相通的，這樣在外界環(huán)境的影響下評價散熱器散熱性能存在很大誤差。CN 201083815“水輪發(fā)電機(jī)定子表面散熱系數(shù)測試模擬裝置”涉及一種水輪發(fā)電機(jī)定子表面散熱系數(shù)測試模擬裝置；CN 1896710“散熱性能量測裝置”及CN 2938084“散熱器性能測試機(jī)”涉及在計(jì)算機(jī)CPU散熱器測量裝置；CN101149312“密封機(jī)柜散熱用熱交換器性能測試系統(tǒng)”涉及一種密封機(jī)柜散熱用熱交換器性能測試系統(tǒng)，包括冷環(huán)境室、熱環(huán)境室、被測熱交換器，熱交換器冷、熱介質(zhì)循環(huán)的出口分別設(shè)置出風(fēng)管道等，其主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及相關(guān)電子器件密封機(jī)柜散熱及測試系統(tǒng)。上述專利文獻(xiàn)所公開的測試裝置或系統(tǒng)都不適用于材料散熱性能的測試。
隨著能源問題的日益緊張，為了適應(yīng)全國節(jié)能減排的趨勢，民用及工業(yè)采暖散熱器作為耗能大戶，需要對現(xiàn)存民用及工業(yè)采暖散熱器進(jìn)行節(jié)能減排改造。利用涂料的散熱性能來提高民用及工業(yè)采暖傳熱器的散熱效率，成為節(jié)約能源的途徑之一。為此必須測試用于散熱器的涂料的散熱性能，也就有必要研發(fā)涂料散熱性能的測試裝置及其測試方法，以便掌握涂料的散熱性能，使其更好的應(yīng)用到民用及工業(yè)采暖散熱器領(lǐng)域中，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。通過檢索國內(nèi)外文獻(xiàn)，目前尚未見到有關(guān)涂料散熱性能的測試裝置及其測試方法的報(bào)道。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供涂料散熱性能的測試裝置及其測試方法，該測試裝置及其測試方法用在實(shí)驗(yàn)室中或在工業(yè)應(yīng)用中進(jìn)行涂料散熱性能的測量，能夠相對精確地測試涂料散熱性能。
本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 涂料散熱性能的測試裝置，包括測試主體、熱媒系統(tǒng)和溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)，其中測試主體由兩個用絕熱材料制成的閉式小室和分別放置在兩個閉式小室中的散熱器構(gòu)成，每個閉式小室的體積為(500～700)×(500～700)×(500～700)mm3，在放置散熱器一側(cè)的閉式小室壁面上開有兩個直徑為2～4mm的圓形開口；熱媒系統(tǒng)由上述的兩個散熱器、加熱器、恒溫水箱、通水管道、兩個流量計(jì)、循環(huán)水泵、減壓閥門和兩個調(diào)節(jié)閥門構(gòu)成；溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)由二十個溫度傳感器、多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器、多路信號轉(zhuǎn)化卡和計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)構(gòu)成；上述各個構(gòu)成部件的安置和連接是這樣的測試主體中散熱器安置在閉式小室內(nèi)部靠近通水管道一端距離閉式小室壁面10～20cm的位置處，由用樹脂玻璃做成的支架支撐，分置于兩個閉式小室中的兩個散熱器要對稱放置；熱媒系統(tǒng)中按恒溫水箱→循環(huán)水泵→減壓閥門→流量計(jì)→調(diào)節(jié)閥門→散熱器→恒溫水箱的順序依次用通水管道連接，加熱器置于恒溫水箱內(nèi)部；溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)、多路信號轉(zhuǎn)化卡和多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器之間用連接導(dǎo)線連接，多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器用連接導(dǎo)線穿過閉式小室壁面上開有的兩個直徑為2～4mm的圓形開口或直接分別連接到各個溫度傳感器上，其中在兩個散熱器進(jìn)出口處各放置一個溫度傳感器作為熱源溫度傳感器，在兩個散熱器外壁中心位置各固定一個溫度傳感器作為散熱器溫度傳感器，在兩個閉式小室?guī)缀沃行母鞣胖靡粋€溫度傳感器作為閉式小室中心溫度傳感器，在兩個閉式小室每個壁面的幾何中心點(diǎn)各固定一個溫度傳感器作為閉式小室壁溫傳感器。
在上述涂料散熱性能的測試裝置中，所述用絕熱材料制成的閉式小室，其所用的絕熱材料為樹脂。
在上述涂料散熱性能的測試裝置中，所述閉式小室的內(nèi)表面涂有吸熱涂料，閉式小室的外面粘有泡沫保溫板，該泡沫保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)≤0.04W/(m·K)。
在上述涂料散熱性能的測試裝置中，所述閉式小室的內(nèi)表面涂有的吸熱涂料，是由紅外輻射率≥97％和粒徑≤120μm的炭黑制成的吸熱涂料。
在上述涂料散熱性能的測試裝置中，所述閉式小室在放置散熱器一側(cè)的閉式小室壁面的水平中線上開有兩個直徑為2～4mm的圓形開口，兩個圓形開口圓心之間的距離為200～300mm。
在上述涂料散熱性能的測試裝置中，所述通水管道均采用耐熱橡膠管，并外套橡塑保溫管；所述流量計(jì)采用等壓降式流量計(jì)；所述循環(huán)水泵為熱水型微型增壓泵。
所述橡塑保溫管是NBR橡膠保溫管或丁腈橡膠保溫管；所述流量計(jì)為等壓降式流量計(jì)是LZB-10、LZB-15或LZB-20轉(zhuǎn)子流量計(jì)。
在上述涂料散熱性能的測試裝置中，所述溫度傳感器采用熱電阻或熱電偶；所述多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器為多路信號巡檢儀；所述多路信號轉(zhuǎn)化卡采用RS-232RS-545CONVERTER。
所述熱電阻是鉑電阻Pt10或鉑電阻Pt100；所述熱電偶是銅-考銅熱電偶或銅-康銅熱電偶。
在上述涂料散熱性能的測試裝置中的散熱器的形狀大多是管狀或片狀，也有其他特殊的形狀，但都是空心的；加熱器是電加熱器或其他熱源加熱器。
上述涂料散熱性能的測試裝置中所涉及到的部件和元器件均是本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠制作或通過市售得到的。
上述涂料散熱性能的測試裝置的測試方法是 I.比較兩種涂料的散熱性能并求得相對的節(jié)能效果 在該測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料乙，要求涂膜質(zhì)量相等，并干燥72小時備用，熱水從恒溫水箱經(jīng)加熱器加熱后，首先通過通水管道進(jìn)到循環(huán)水泵，為了減小通水管道的壓力安裝了減壓閥門，然后通過通水管道分流進(jìn)入兩個流量計(jì)，再分別經(jīng)過兩個調(diào)節(jié)閥門后分別進(jìn)入兩個散熱器，最后熱水經(jīng)通水管道回水回到恒溫水箱；接通恒溫水箱中加熱器的熱源，水溫設(shè)定為80℃，調(diào)節(jié)兩個閉式小室的初始溫度至一致，打開由二十個溫度傳感器、多路溫度電壓轉(zhuǎn)換管、多路信號轉(zhuǎn)化卡和計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)構(gòu)成的溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)，記錄10分鐘的空白數(shù)據(jù)后打開循環(huán)水泵，調(diào)節(jié)兩邊流量至80L/h，在試驗(yàn)過程中，溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)連續(xù)記錄散熱器表面溫度、閉式小室周壁和中心點(diǎn)溫度，測試時間為120分鐘，由所記錄的溫度數(shù)據(jù)繪制出閉式小室溫度隨時間變化的曲線，計(jì)算出各個散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量，進(jìn)而依此確定這兩種涂料的散熱性能并求得相對的節(jié)能效果； 上述涂料散熱性能的測試裝置的測試方法中所述各個散熱器在單位時間單位體積內(nèi)散熱量的計(jì)算方法如下 相關(guān)計(jì)算公式如下 散熱器的輻射熱流密度 ① 閉式小室中散熱器的傳熱包括對流散熱和輻射散熱兩部分 散熱器在單位時間內(nèi)的的對流散熱量 Φ對＝hA(T1-T0)② 大空間自然對流換熱計(jì)算③ 104<Gr<5.76×108時為層流，此時，Nu＝0.11(GrPr)1/3 ④ Gr>4.65×109時為湍流，此時Nu＝0.11(GrPr)1/4 ⑤ ⑥ 散熱器在單位時間內(nèi)的的輻射散熱量

⑦ 散熱器在單位時間內(nèi)的的總散熱量Φ＝Φ對+Φ輻； 為了滿足GB/T 13754-92“采暖散熱器散熱量測定標(biāo)準(zhǔn)”的要求，上述散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量還要滿足下面的關(guān)系式

⑧ 上述計(jì)算公式中，q為輻射熱流密度，ε為散熱器所涂涂料的發(fā)射率，σ為玻耳茲曼常數(shù)，T1和T2分別為散熱器表面的平均絕對溫度和閉式小室六個面的平均絕對溫度，T0為閉式小室中心點(diǎn)空氣的絕對溫度，h為空氣對流換熱系數(shù)，A為散熱器的表面積(m2)，Nu為努塞爾數(shù)，Pr為普朗特?cái)?shù)，Gr為格拉曉夫數(shù)，D為散熱器空腔的平均內(nèi)直徑(m)，λ為空氣導(dǎo)熱系數(shù)，g為重力加速度，ΔT為散熱器表面的平均絕對溫度和閉式小室中心點(diǎn)空氣的絕對溫度的差值，α為空氣體積膨脹系數(shù)，γ為空氣運(yùn)動粘度，V為閉式小室的體積(m3)； 上述涂料散熱性能的測試裝置的測試方法是在該散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量滿足公式⑧的條件下進(jìn)行的； 在散熱器分別涂有涂料甲和涂料乙的不同情況下，計(jì)算各個散熱器的散熱量 甲.涂有涂料甲的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的的散熱量計(jì)算 穩(wěn)態(tài)時，測定安置了涂有涂料甲的散熱器的閉式小室六個面的平均絕對溫度為T2甲，散熱器表面的平均絕對溫度為T1甲，閉式小室中心點(diǎn)空氣的絕對溫度T0甲，涂有涂料甲的散熱器空腔的平均內(nèi)徑為D甲(m)，該散熱器的的表面積A甲(m2)，安置了涂有涂料甲的散熱器的閉式小室的體積為V甲(m3)； 在計(jì)算對流散熱量之前，首先應(yīng)該算出空氣對流換熱系數(shù)h甲的值，并計(jì)算得到定性絕對溫度為

從而我們可以從氣體的物理參數(shù)表查出相應(yīng)此溫度下的空氣參數(shù)λ、γ、α、Pr、g，將其代入到上述公式③④⑤⑥中計(jì)算得出h甲的值； 根據(jù)上述公式②，涂有涂料甲的散熱器在單位時間內(nèi)的對流散熱量 Φ對甲＝h甲A甲(T1甲-T0甲) 根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料甲的散熱器在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料甲的散熱器在單位時間內(nèi)的總散熱量Φ甲＝Φ對甲+Φ輻甲 看涂有涂料甲的散熱器在單位時間單位體積的散熱量是否滿足⑧
根據(jù)上述公式①，涂有涂料甲的散熱器的輻射熱流密度
乙.涂有涂料乙的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的的散熱量計(jì)算 與涂有涂料甲的散熱器的散熱量計(jì)算的測定方法完全相同，得出h乙的值； 根據(jù)上述公式②，涂有涂料乙的散熱器在單位時間內(nèi)的對流散熱量 Φ對乙＝h乙A乙(T1乙-T0乙) 根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料乙的散熱器在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料乙的散熱器在單位時間內(nèi)的總散熱量為Φ乙＝Φ對乙+Φ輻乙 看涂有涂料乙的散熱器在單位時間單位體積的散熱量是否滿足⑧
根據(jù)上述公式①，涂有涂料乙的散熱器的輻射熱流密度
在涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料乙的散熱器在單位時間單位體積的散熱量都滿足公式⑧的前提下，比較涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料乙的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量，結(jié)論是在單位時間單位體積內(nèi)散熱量大的涂料的散熱效果較好，從得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算出 涂料甲相對于涂料乙的節(jié)能效果＝(Φ甲—Φ乙)/Φ乙×100％； II.不同種類涂料的散熱等級的分級 選取五種不同種類的涂料涂料甲、涂料乙、涂料丙、涂料丁和涂料戊， a.在該測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料乙，測試和計(jì)算方法同I； b.在該測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料丙，除以下計(jì)算部分之外，其他測試和計(jì)算方法同I； 丙.涂有涂料丙的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的的散熱量計(jì)算 與涂有涂料甲的散熱器的散熱量計(jì)算的測定方法完全相同，得出h丙的值； 根據(jù)上述公式②，涂有涂料丙的散熱器在單位時間內(nèi)的對流散熱量 Φ對丙＝h丙A丙(T1丙-T0丙) 根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料丙的散熱器在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料丙的散熱器在單位時間內(nèi)的總散熱量為Φ丙＝Φ對丙+Φ輻丙 看涂有涂料丙的散熱器在單位時間單位體積的散熱量是否滿足⑧
根據(jù)上述公式①，涂有涂料丙的散熱器的輻射熱流密度
在涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料丙的散熱器在單位時間單位體積的散熱量都滿足公式⑧的前提下，比較涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料丙的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量，結(jié)論是在單位時間單位體積內(nèi)散熱量大的涂料的散熱效果較好，從得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算出 涂料甲相對于涂料丙的節(jié)能效果＝(Φ甲—Φ丙)/Φ丙×100％； c.在該測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料丁，除以下計(jì)算部分之外，其他測試和計(jì)算方法同I； 丁.涂有涂料丁的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的的散熱量計(jì)算 與涂有涂料甲的散熱器的散熱量計(jì)算的測定方法完全相同，得出h丁的值； 根據(jù)上述公式②，涂有涂料丁的散熱器在單位時間內(nèi)的對流散熱量 Φ對?。絟丁A丁(T1丁-T0丁) 根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料丁的散熱器在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料丁的散熱器在單位時間內(nèi)的總散熱量為Φ?。溅祵Χ?Φ輻丁 看涂有涂料丁的散熱器在單位時間單位體積的散熱量是否滿足⑧
根據(jù)上述公式①，涂有涂料丁的散熱器的輻射熱流密度
在涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料丁的散熱器在單位時間單位體積的散熱量都滿足公式⑧的前提下，比較涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料丁的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量，結(jié)論是在單位時間單位體積內(nèi)散熱量大的涂料的散熱效果較好，從得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算出 涂料甲相對于涂料丁的節(jié)能效果＝(Φ甲—Φ丁)/Φ丁×100％； d.在該測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料戊，除以下計(jì)算部分之外，其他測試和計(jì)算方法同I； 戊.涂有涂料戊的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的的散熱量計(jì)算 與涂有涂料甲的散熱器的散熱量計(jì)算的測定方法完全相同，得出h戊的值； 根據(jù)上述公式②，涂有涂料戊的散熱器在單位時間內(nèi)的對流散熱量 Φ對戊＝h戊A戊(T1戊-T0戊) 根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料戊的散熱器在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料戊的散熱器在單位時間內(nèi)的總散熱量為Φ戊＝Φ對戊+Φ輻戊 看涂有涂料戊的散熱器在單位時間單位體積的散熱量是否滿足⑧
根據(jù)上述公式①，涂有涂料戊的散熱器的輻射熱流密度
在涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料戊的散熱器在單位時間單位體積的散熱量都滿足公式⑧的前提下，比較涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料戊的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量，結(jié)論是在單位時間單位體積內(nèi)散熱量大的涂料的散熱效果較好，從得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算出 涂料甲相對于涂料戊的節(jié)能效果＝(Φ甲—Φ戊)/Φ戊×100％； 將涂料的散熱性能劃分成如下五個散熱等級，I級>58W/m3·s；II級57～58W/m3·s；III級56～57W/m3·s；IV級55～56W/m3·s；V級54～55W/m3·s；依據(jù)上面不同種類涂料的單位時間單位體積內(nèi)的散熱量的測試和計(jì)算結(jié)果，判斷它們各自應(yīng)該歸屬的散熱等級。
按照上述涂料散熱性能的測試裝置的測試方法，所選取的五種不同種類的涂料分別是涂料甲紅外輻射涂料、涂料乙芳香族聚氨酯涂料、涂料丙脂肪族聚氨酯涂料、涂料丁環(huán)氧樹脂涂料和涂料戊醇酸涂料。
至于涂料的散熱性能劃分幾個散熱等級以及各個散熱等級的數(shù)字范圍將根據(jù)實(shí)際需要而確定。
本發(fā)明的有益效果是 (1)本發(fā)明的涂料散熱性能的測試裝置把按國家標(biāo)準(zhǔn)測試裝置所設(shè)計(jì)的一般采用鋼制的風(fēng)冷或水冷的其大小為4000×4000×2800(mm)的體積較大結(jié)構(gòu)復(fù)雜的閉式小室，改為體積為(500～700)×(500～700)×(500～700)(mm)的結(jié)構(gòu)簡單的兩個閉式小室，閉式小室用透明絕熱材料制成，內(nèi)表面涂有吸熱涂料，外表面粘有保溫板，體積小、結(jié)構(gòu)簡單、造價低，完全滿足在實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)應(yīng)用中使用的要求。
(2)本發(fā)明裝置中的熱媒系統(tǒng)采用單級加熱，不設(shè)降溫系統(tǒng)和冷卻器，也不設(shè)有高水位箱。
(3)本發(fā)明裝置中的溫度檢測分析系統(tǒng)同時測量散熱器表面溫度、閉式小室周壁和中心點(diǎn)溫度，由所記錄的溫度數(shù)據(jù)繪制出小室溫度隨時間變化曲線，并計(jì)算出散熱器上涂料的散熱量，進(jìn)而依此確定散熱器上涂料的散熱效果。
(4)本發(fā)明裝置中加入了減壓閥門，減輕了水泵的工作壓力。
(5)本發(fā)明的涂料散熱性能的測試裝置的測試方法給出了判斷涂料散熱性能的依據(jù)，由此評價涂料的散熱性能，并將涂料的散熱性能分級和判斷不同種類涂料散熱性能的散熱等級(詳見下面的實(shí)施例和圖3)，該方法也可以用來評價散熱器的表面散熱性能。
上述內(nèi)容完全體現(xiàn)了本發(fā)明的涂料散熱性能的測試裝置及其測試方法具有靈活性高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、造價低和功能多的特點(diǎn)，完全可以滿足在實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)應(yīng)用中的使用要求。



下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1本發(fā)明的涂料散熱性能的測試裝置的構(gòu)成示意圖。
圖2本發(fā)明的涂料散熱性能的測試裝置中的閉式小室的透視圖。
圖3本發(fā)明的實(shí)施例3中涂料的散熱性能測試曲線。
圖中1.閉式小室，2.散熱器，3保溫水箱，4.加熱器，5.水泵，6.減壓閥門，7.流量計(jì)，8.調(diào)節(jié)閥門，9.溫度傳感器，10.多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器，11.多路信號轉(zhuǎn)化卡，12.計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)，13.通水管道，14.支架。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1 從圖1中可見，本發(fā)明的涂料散熱性能的測試裝置的構(gòu)成，包括兩個閉式小室(1)、兩個管狀散熱器(2)、兩個支架(14)、加熱器(4)、恒溫水箱(3)、通水管道(13)、兩個流量計(jì)(7)、水泵(5)、減壓閥門(6)、兩個調(diào)節(jié)閥門(8)、二十個溫度傳感器(9)、多路溫度電壓轉(zhuǎn)換管(10)、多路信號轉(zhuǎn)化卡(11)和計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)(12)。
在圖1中，管狀散熱器(2)放置在閉式小室(1)內(nèi)部靠近通水管道(13)一端距離閉式小室(1)壁面10cm的位置上，由支架(14)支撐，兩個閉式小室(1)中的兩個管狀散熱器(2)要對稱放置；按恒溫水箱(3)→水泵(5)→減壓閥門(6)→流量計(jì)(7)→調(diào)節(jié)閥門(8)→管狀散熱器(2)→恒溫水箱(3)的順序依次用通水管道(13)連接，加熱器(4)置于恒溫水箱(3)內(nèi)部；計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)(12)、多路信號轉(zhuǎn)化卡(11)和多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器(10)之間用連接導(dǎo)線連接，多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器(10)用連接導(dǎo)線穿過閉式小室(1)壁面上開有的兩個圓形開口或直接分別連接到各個溫度傳感器(9)上，其中在兩個管狀散熱器(2)的進(jìn)出口處各放置一個溫度傳感器(9)作為熱源溫度傳感器，在兩個管狀散熱器(2)外壁中心位置各固定一個溫度傳感器(9)作為散熱器溫度傳感器，在兩個閉式小室(1)幾何中心各放置一個溫度傳感器(9)作為閉式小室(1)中心溫度傳感器，在兩個閉式小室(1)每個壁面的幾何中心點(diǎn)各固定一個溫度傳感器(9)作為閉式小室壁溫傳感器。
四個熱源溫度傳感器(9)分別測量兩個管狀散熱器(2)進(jìn)出水口的溫度；兩個散熱器溫度傳感器(9)分別測量兩個管狀散熱器(2)壁溫；兩個閉式小室中心溫度傳感器(9)分別測量兩個閉式小室(1)中心的空氣溫度；十二個閉式小室壁溫傳感器(9)分別測量兩個閉式小室(1)每個壁面的中心點(diǎn)溫度。
兩個閉式小室(1)和分別放置在兩個閉式小室(1)中的管狀散熱器(2)構(gòu)成測試主體；管狀散熱器(2)、加熱器(4)、恒溫水箱(3)、通水管道(13)、兩個流量計(jì)(7)、水泵(5)、減壓閥門(6)和兩個調(diào)節(jié)閥門(8)構(gòu)成熱媒系統(tǒng)；二十個溫度傳感器(9)、多路溫度電壓轉(zhuǎn)換管(10)、多路信號轉(zhuǎn)化卡(11)和計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)(12)構(gòu)成溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)。
在本實(shí)施例中，閉式小室(1)用絕熱材料樹脂制成，內(nèi)表面涂有紅外輻射率≥97％和粒徑≤120μm的炭黑制成的吸熱涂料，外表面粘有導(dǎo)熱系數(shù)≤0.04W/(m·K)的保溫板；支架(14)用樹脂玻璃做成；所用的加熱器(4)為電加熱器；所用的通水管道(13)均采用耐熱橡膠管，并外套NBR橡膠保溫管或丁腈橡膠保溫管；所用的流量計(jì)(7)采用LZB-10、LZB-15或LZB-20轉(zhuǎn)子流量計(jì)；所用的水泵(5)為熱水型微型增壓泵；所用的溫度傳感器(9)均采用鉑電阻Pt10、鉑電阻Pt100熱電阻、銅-考銅熱電偶或銅-康銅熱電偶；所用的多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器(10)為多路信號巡檢儀；所用的多路信號轉(zhuǎn)化卡(11)為RS-232 RS-545CONVERTER；所用的計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)(12)為已知產(chǎn)品。
從圖2中可見，每個閉式小室(1)的體積為(500～700)×(500～700)×(500～700)mm3，在放置管狀散熱器(2)一側(cè)的閉式小室(1)壁面水平中線上開有兩個直徑為2～4mm的圓形開口，兩個圓形開口圓心之間的距離為200～300mm。圓形開口的用途在于讓連接導(dǎo)線穿過閉式小室(1)壁面，以便多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器(10)與閉式小室(1)內(nèi)安置的各個溫度傳感器(9)之間用導(dǎo)線連接，因而兩個圓形開口在閉式小室(1)壁面上的位置并無限制。
實(shí)施例2 比較涂料甲紅外輻射涂料和涂料乙芳香族聚氨酯涂料兩種涂料的散熱性能并求得相對的節(jié)能效果。
在圖1所示測試裝置的分置于兩個閉式小室(1)的兩個相同的管狀散熱器(2)上分別涂上涂料甲和涂料乙，要求涂膜質(zhì)量相等，并干燥72小時備用；熱水從恒溫水箱(3)經(jīng)電加熱器(4)加熱后，首先通過通水管道(13)進(jìn)到水泵(5)，為了減小通水管道(13)的壓力安裝了減壓閥門(6)，然后通過通水管道(13)分流進(jìn)入兩個流量計(jì)(7)，再分別經(jīng)過兩個調(diào)節(jié)閥門(8)后分別進(jìn)入兩個管狀散熱器(2)，最后熱水經(jīng)通水管道(13)回水回到恒溫水箱(3)；接通恒溫水箱(3)中電加熱器(4)的電源，水溫設(shè)定為80℃，調(diào)節(jié)兩個閉式小室(1)的初始溫度至一致，打開由二十個溫度傳感器(9)、多路溫度電壓轉(zhuǎn)換管(10)、多路信號轉(zhuǎn)化卡(11)和計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)(12)構(gòu)成的溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)，記錄10分鐘的空白數(shù)據(jù)后打開水泵(5)，調(diào)節(jié)兩邊流量至80L/h，在試驗(yàn)過程中，溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)連續(xù)記錄管狀散熱器(2)表面溫度、閉式小室(1)周壁和中心點(diǎn)溫度及管狀散熱器(2)進(jìn)出口水溫，測試時間為120分鐘，由所記錄的溫度數(shù)據(jù)繪制出閉式小室(1)溫度隨時間變化的曲線(見圖3)，并由此分別計(jì)算出兩個管狀散熱器(2)的散熱量，進(jìn)而依此分別確定甲乙兩種涂料的散熱性能。
上述管狀散熱器(2)在單位時間單位體積內(nèi)散熱量的計(jì)算方法如下 相關(guān)計(jì)算公式如下 管狀散熱器(2)的輻射熱流密度① 閉式小室(1)中的傳熱為對流散熱和輻射散熱兩部分 管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的對流散熱量Φ對＝hA(T1-T0) ② 大空間自然對流換熱計(jì)算 ③ 104<Gr<5.76×108時為層流，此時，Nu＝0.48(GrPr)1/4 ④ Gr>4.65×109時為湍流，此時Nu＝0.1(GrPr)1/3⑤ ⑥ 管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的輻射散熱量

⑦ 管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的的散熱量Φ＝Φ對+Φ輻 為了滿足GB/T 13754-92“采暖散熱器散熱量測定標(biāo)準(zhǔn)”的要求，上述管狀散熱器(2)在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量還要滿足下面的關(guān)系式

⑧ 上述計(jì)算公式中，q為輻射熱流密度，ε管狀散熱器(2)所涂涂料的發(fā)射率，σ為玻耳茲曼常數(shù)，T1和T2分別為管狀散熱器(2)表面的平均絕對溫度和閉式小室(1)六個面的平均絕對溫度，T0為閉式小室(1)中心點(diǎn)空氣的絕對溫度，h為空氣對流換熱系數(shù)，A為管狀散熱器(2)的表面積(m2)，Nu為努塞爾數(shù)，Pr為普朗特?cái)?shù)，Gr為格拉曉夫數(shù)，D為管狀散熱器(2)的內(nèi)直徑(m)，λ為空氣導(dǎo)熱系數(shù)，g為重力加速度，ΔT為管狀散熱器(2)表面的平均絕對溫度和閉式小室(1)中心點(diǎn)空氣的絕對溫度的差值，α為空氣體積膨脹系數(shù)，γ為氣體運(yùn)動黏度，V為閉式小室(1)的體積(m3) 上述涂料散熱性能的測試裝置的測試方法是在滿足⑧的條件下來進(jìn)行的； 以下是涂有涂料甲和涂料乙的不同情況下，計(jì)算各個管狀散熱器(2)的散熱量。涂料甲是具有紅外發(fā)射性能的涂料，涂料乙是市售普通涂料。
甲.涂有涂料甲的管狀散熱器(2)的散熱量計(jì)算 穩(wěn)態(tài)時，測定安置了涂有涂料甲的管狀散熱器(2)的閉式小室(1)的六個面的平均絕對溫度為T2甲＝304.12K，涂有涂料甲的管狀散熱器(2)表面的平均絕對溫度為T1甲＝345.13K，該閉式小室(1)的中心絕對溫度為T0甲＝302.31，該管狀散熱器(2)的內(nèi)直徑為D甲＝0.0254m、管狀散熱器(2)的長度為L甲＝0.20m，該管狀散熱器(2)的表面積為
在計(jì)算對流散熱量之前，首先應(yīng)該算出空氣對流換熱系數(shù)的值h甲，并計(jì)算得到定性絕對溫度為從氣體的物理參數(shù)表查出相應(yīng)此溫度下的空氣參數(shù)λ＝2.83×10-2W/(m.K)、γ＝17.95×10-6m2/s、α＝3.09×10-3K-1、Pr＝0.698和g＝9.81m2/s。
把上面的數(shù)據(jù)代入到上述公式③④⑤⑥中計(jì)算得出h甲的值
Gr甲＝6.602×104時為層流，此時， Nu甲＝0.48×(GrPr)1/4＝0.48×(6.602×104×0.698)1/4＝7.033
根據(jù)上述公式②，涂有涂料甲的管狀散熱器(2)對流散熱量
根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料甲的管狀散熱器(2)輻射散熱量
則涂有涂料甲的管狀散熱器(2)的總散熱量為Φ甲＝5.352+4.851＝10.203W/s。這樣，涂有涂料甲的管狀散熱器(2)在單位時間單位體積的散熱量為 滿足⑧的要求。
根據(jù)上述公式①，涂有涂料甲的管狀散熱器(2)的輻射熱流密度
乙.涂有涂料乙的管狀散熱器(2)的散熱量計(jì)算 穩(wěn)態(tài)時，測定安置了涂有涂料乙的管狀散熱器(2)的閉式小室(1)的六個面的平均絕對溫度為T2乙＝303.98K，涂有涂料乙的管狀散熱器(2)表面的平均絕對溫度為T1乙＝343.08K，該閉式小室(1)中心絕對溫度為T0乙＝301.87K，該管狀散熱器(2)的內(nèi)直徑為D乙＝0.0254m，管狀散熱器(2)的長度為L乙＝0.20m。該管狀散熱器(2)的的表面積
在計(jì)算對流散熱量之前，首先應(yīng)該算出空氣對流換熱系數(shù)h乙的值，并計(jì)算得到定性絕對溫度為從氣體的物理參數(shù)表查出相應(yīng)此溫度下的空氣參數(shù)λ＝2.83×10-2W/(m·℃)、γ＝17.95×10-6m2/s、α＝3.1×10-3K-1、Pr＝0.698和g＝9.81m2/s。
把上面的數(shù)據(jù)代入到上述公式③④⑤⑥中計(jì)算得出h乙的值
Gr乙＝6.374×104時為層流，此時， Nu乙＝0.48×(6.374×104×0.698)1/4＝6.971
根據(jù)上述公式②，涂有涂料乙的管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的的對流散熱量 Φ對乙＝h乙A乙(T1乙-T0乙)＝7.767×(2π×0.0254/2)×20×10-2×41.21＝5.106W/s。
根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料乙的管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的的輻射散熱量
則涂有涂料乙的管狀散熱器(2)單位時間內(nèi)的的總散熱量 Φ乙＝＝5.106+4.427＝9.533W/s 這樣，涂有涂料乙的管狀散熱器(2)在單位時間單位體積的散熱量為 滿足⑧的要求。
根據(jù)上述公式①，涂有涂料乙的管狀散熱器(2)的輻射熱流密度
由以上分析可以看出在計(jì)算兩個閉式小室(1)中的涂有涂料的管狀散熱器(2)的散熱量時都滿足條件⑧，這就說明滿足了GB/T 13754-92“采暖散熱器散熱量測定標(biāo)準(zhǔn)”的要求，因此利用本發(fā)明的涂料散熱性能的測試裝置及其測試方法來測試得的數(shù)據(jù)是非常準(zhǔn)確的。從計(jì)算結(jié)果得到，涂有涂料甲的管狀散熱器(2)的總散熱量和輻射熱流密度比涂有涂料乙的管狀散熱器(2)的總散熱量和輻射熱流密度都多，這說明了涂料甲比涂料乙的散熱效果好，在散熱上起到了積極的作用，這和用圖3來體現(xiàn)兩者不同所得出的結(jié)果是完全一致的。
從得到的數(shù)據(jù)可計(jì)算出涂料甲相對于涂料乙的節(jié)能效果 由上述測試計(jì)算結(jié)果可以得出本發(fā)明的涂料散熱性能的測試裝置的測試方法用于評價涂料的散熱性能，計(jì)算它們的節(jié)能效果，并且準(zhǔn)確性較高。該方法也用來評價通用散熱器的表面散熱性能。
實(shí)施例3 不同種類涂料的散熱等級的分級。
選取五種不同種類的涂料涂料甲紅外輻射涂料、涂料乙芳香族聚氨酯涂料、涂料丙脂肪族聚氨酯涂料、涂料丁環(huán)氧樹脂涂料和涂料戊醇酸涂料， a.在圖1所示測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料乙，測試和計(jì)算方法同實(shí)施例2； b.在圖1所示測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料丙，除以下計(jì)算部分之外，其他測試和計(jì)算方法同實(shí)施例2； 丙.涂有涂料丙的管狀散熱器(2)在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量計(jì)算 穩(wěn)態(tài)時，測定安置了涂有涂料丙的管狀散熱器(2)的閉式小室(1)的六個面的平均絕對溫度為T2丙＝303.21K，涂有涂料丙的管狀散熱器(2)表面的平均絕對溫度為T1丙＝342.09K，該閉式小室(1)中心絕對溫度為T0丙＝301.33K，該管狀散熱器(2)的內(nèi)直徑為D丙＝0.0254m，管狀散熱器(2)的長度為L丙＝0.20m。該管狀散熱器(2)的的表面積
在計(jì)算對流散熱量之前，首先應(yīng)該算出空氣對流換熱系數(shù)h丙的值，并計(jì)算得到定性絕對溫度為從氣體的物理參數(shù)表查出相應(yīng)此溫度下的空氣參數(shù)λ＝2.83×10-2W/(m·℃)、γ＝17.95×10-6m2/s、α＝3.11×10-3K-1、Pr＝0.698和g＝9.81m2/s。
把上面的數(shù)據(jù)代入到上述公式③④⑤⑥中計(jì)算得出h丙的值
Gr丙＝6.325×104時為層流，此時， Nu丙＝0.48×(6.325×104×0.698)1/4＝6.958
根據(jù)上述公式②，涂有涂料丙的管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的對流散熱量 Φ對丙＝h丙A丙(T1丙-T0丙)＝7.752×(2π×0.0254/2)×20×10-2×40.76＝5.04W/s。
根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料丙的管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料丙的管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的總散熱量 Φ丙＝5.04+4.358＝9.398W/s 這樣，涂有涂料丙的管狀散熱器(2)在單位時間單位體積的散熱量為 滿足⑧的要求。
根據(jù)上述公式①，涂有涂料丙的管狀散熱器(2)的輻射能密度
由以上分析可以看出在計(jì)算兩個閉式小室(1)中的涂有涂料的管狀散熱器(2)的散熱量時都滿足條件⑧，這就說明滿足了GB/T13754-92“采暖散熱器散熱量測定標(biāo)準(zhǔn)”的要求，因此利用本發(fā)明的涂料散熱性能的測試裝置及其測試方法來測試得的數(shù)據(jù)是非常準(zhǔn)確的。從計(jì)算結(jié)果得到，涂有涂料甲的管狀散熱器(2)的總散熱量和輻射熱流密度比涂有涂料丙的管狀散熱器(2)的總散熱量和輻射熱流密度都多，這說明了涂料甲比涂料丙的散熱效果好，在散熱上起到了積極的作用，這和用圖3來體現(xiàn)兩者不同所得出的結(jié)果是完全一致的。
從得到的數(shù)據(jù)可計(jì)算出涂料甲相對于涂料丙的節(jié)能效果 c.在圖1所示測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料丁，除以下計(jì)算部分之外，其他測試和計(jì)算方法同實(shí)施例2； 丁.涂有涂料丁的管狀散熱器(2)在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量計(jì)算 穩(wěn)態(tài)時，測定安置了涂有涂料丁的管狀散熱器(2)的閉式小室(1)的六個面的平均絕對溫度為T2?。?02.56K，涂有涂料丁的管狀散熱器(2)表面的平均絕對溫度為T1?。?40.73K，該閉式小室(1)中心絕對溫度為T0?。?00.29K，該管狀散熱器(2)的內(nèi)直徑為D?。?.0254m，管狀散熱器(2)的長度為L?。?.20m。該管狀散熱器(2)的的表面積
在計(jì)算對流散熱量之前，首先應(yīng)該算出空氣對流換熱系數(shù)h丁的值，并計(jì)算得到定性絕對溫度為從氣體的物理參數(shù)表查出相應(yīng)此溫度下的空氣參數(shù)λ＝2.83×10-2W/(m·℃)、γ＝17.95×10-6m2/s、α＝3.12×10-3K-1、Pr＝0.698和g＝9.81m2/s。
把上面的數(shù)據(jù)代入到上述公式③④⑤⑥中計(jì)算得出h丁的值
Gr?。?.295×104時為層流，此時， Nu?。?.48×(6.295×104×0.698)1/4＝6.950
根據(jù)上述公式②，涂有涂料丁的管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的對流散熱量 Φ對?。絟丁A丁(T1丁-T0丁)＝7.744×(2π×0.0254/2)×20×10-2×40.44＝4.995W/s。
根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料丁的管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料丁的管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的總散熱量 Φ?。?.995+4.223＝9.218W/s 這樣，涂有涂料丁的管狀散熱器(2)在單位時間單位體積的散熱量為 滿足⑧的要求。
根據(jù)上述公式①，涂有涂料丁的管狀散熱器(2)的輻射能密度
由以上分析可以看出在計(jì)算兩個閉式小室(1)中的涂有涂料的管狀散熱器(2)的散熱量時都滿足條件⑧，這就說明滿足了GB/T 13754-92“采暖散熱器散熱量測定標(biāo)準(zhǔn)”的要求，因此利用本發(fā)明的涂料散熱性能的測試裝置及其測試方法來測試得的數(shù)據(jù)是非常準(zhǔn)確的。從計(jì)算結(jié)果得到，涂有涂料甲的管狀散熱器(2)的總散熱量和輻射熱流密度比涂有涂料丁的管狀散熱器(2)的總散熱量和輻射熱流密度都多，這說明了涂料甲比涂料丁的散熱效果好，在散熱上起到了積極的作用，這和用圖3來體現(xiàn)兩者不同所得出的結(jié)果是完全一致的。
從得到的數(shù)據(jù)可計(jì)算出涂料甲相對于涂料丁的節(jié)能效果 d.在圖1所示測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料戊，除以下計(jì)算部分之外，其他測試和計(jì)算方法同實(shí)施例2； 戊.涂有涂料戊的管狀散熱器(2)在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量計(jì)算 穩(wěn)態(tài)時，測定安置了涂有涂料戊的管狀散熱器(2)的閉式小室(1)的六個面的平均絕對溫度為T2戊＝301.87K，涂有涂料戊的管狀散熱器(2)表面的平均絕對溫度為T1戊＝339.91K，該閉式小室(1)中心絕對溫度為T0戊＝300.01K，該管狀散熱器(2)的內(nèi)直徑為D戊＝0.0254m，管狀散熱器(2)的長度為L戊＝0.20m。該管狀散熱器(2)的的表面積
在計(jì)算對流散熱量之前，首先應(yīng)該算出空氣對流換熱系數(shù)h戊的值，并計(jì)算得到定性絕對溫度為從氣體的物理參數(shù)表查出相應(yīng)此溫度下的空氣參數(shù)λ＝2.83×10-2W/(m·℃)、γ＝17.95×10-6m2/s、α＝3.13×10-3K-1、Pr＝0.698和g＝9.81m2/s。
把上面的數(shù)據(jù)代入到上述公式③④⑤⑥中計(jì)算得出h戊的值
Gr戊＝6.231×104時為層流，此時， Nu戊＝0.48×(6.231×104×0.698)1/4＝6.932
根據(jù)上述公式②，涂有涂料戊的管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的對流散熱量 Φ對戊＝h戊A戊(T1戊-T0戊)＝7.723×(2π×0.0254/2)×20×10-2×39.9＝4.915W/s。
根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料戊的管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料戊的管狀散熱器(2)在單位時間內(nèi)的總散熱量 Φ戊＝4.915+4.175＝9.09W/s 這樣，涂有涂料戊的管狀散熱器(2)在單位時間單位體積的散熱量為 滿足⑧的要求。
根據(jù)上述公式①，涂有涂料戊的管狀散熱器(2)的輻射能密度
由以上分析可以看出在計(jì)算兩個閉式小室(1)中的涂有涂料的管狀散熱器(2)的散熱量時都滿足條件⑧，這就說明滿足了GB/T 13754-92“采暖散熱器散熱量測定標(biāo)準(zhǔn)”的要求，因此利用本發(fā)明的涂料散熱性能的測試裝置及其測試方法來測試得的數(shù)據(jù)是非常準(zhǔn)確的。從計(jì)算結(jié)果得到，涂有涂料甲的管狀散熱器(2)的總散熱量和輻射熱流密度比涂有涂料戊的管狀散熱器(2)的總散熱量和輻射熱流密度都多，這說明了涂料甲比涂料戊的散熱效果好，在散熱上起到了積極的作用，這和用圖3來體現(xiàn)兩者不同所得出的結(jié)果是完全一致的。
從得到的數(shù)據(jù)可計(jì)算出涂料甲相對于涂料戊的節(jié)能效果 將涂料的散熱性能劃分成如下五個散熱等級，I級>58W/m3·s；II級57～58W/m3·s；III級56～57W/m3·s；IV級55～56W/m3·s；V級54～55W/m3·s；依據(jù)上面涂有五種不同種類涂料的管狀散熱器(2)在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量的測試和計(jì)算結(jié)果，判斷五種不同種類涂料各自應(yīng)該歸屬的散熱等級涂料甲散熱等級達(dá)到I級標(biāo)準(zhǔn)，涂料乙散熱等級達(dá)到IV級標(biāo)準(zhǔn)，涂料丙散熱等級達(dá)到IV級標(biāo)準(zhǔn)，涂料丁散熱等級達(dá)到V級標(biāo)準(zhǔn)，涂料戊不屬于節(jié)能散熱涂料。
圖3為本實(shí)施例中涂料的散熱性能測試曲線，由圖3看出，隨著試驗(yàn)的繼續(xù)，涂料甲所在的閉式小室(1)的中心溫度比涂料乙、丙、丁和戊所在的閉式小室(1)的中心溫度都有明顯升高，這說明涂料甲具有最好的散熱性能。
權(quán)利要求
1.一種涂料散熱性能的測試裝置，其特征在于該裝置包括測試主體、熱媒系統(tǒng)和溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)，其中測試主體由兩個用絕熱材料制成的閉式小室和分別放置在兩個閉式小室中的散熱器構(gòu)成，每個閉式小室的體積為(500～700)×(500～700)×(500～700)mm3，在放置散熱器一側(cè)的閉式小室壁面上開有兩個直徑為2～4mm的圓形開口；熱媒系統(tǒng)由上述的兩個散熱器、加熱器、恒溫水箱、通水管道、兩個流量計(jì)、循環(huán)水泵、減壓閥門和兩個調(diào)節(jié)閥門構(gòu)成；溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)由二十個溫度傳感器、多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器、多路信號轉(zhuǎn)化卡和計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)構(gòu)成；上述各個構(gòu)成部件的安置和連接是這樣的測試主體中散熱器安置在閉式小室內(nèi)部靠近通水管道一端距離閉式小室壁面10～20cm的位置處，由用樹脂玻璃做成的支架支撐，分置于兩個閉式小室中的兩個散熱器要對稱放置；熱媒系統(tǒng)中按恒溫水箱→循環(huán)水泵→減壓閥門→流量計(jì)→調(diào)節(jié)閥門→散熱器→恒溫水箱的順序依次用通水管道連接，加熱器置于恒溫水箱內(nèi)部；溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)、多路信號轉(zhuǎn)化卡和多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器之間用連接導(dǎo)線連接，多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器用連接導(dǎo)線穿過閉式小室壁面上開有的兩個直徑為2～4mm的圓形開口或直接分別連接到各個溫度傳感器上，其中在兩個散熱器進(jìn)出口處各放置一個溫度傳感器作為熱源溫度傳感器，在兩個散熱器外壁中心位置各固定一個溫度傳感器作為散熱器溫度傳感器，在兩個閉式小室?guī)缀沃行母鞣胖靡粋€溫度傳感器作為閉式小室中心溫度傳感器，在兩個閉式小室每個壁面的幾何中心點(diǎn)各固定一個溫度傳感器作為閉式小室壁溫傳感器。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種涂料散熱性能的測試裝置，其特征在于所述用絕熱材料制成的閉式小室，其所用的絕熱材料為樹脂。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種涂料散熱性能的測試裝置，其特征在于所述閉式小室的內(nèi)表面涂有吸熱涂料，閉式小室的外面粘有泡沫保溫板，該泡沫保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)≤0.04W/(m·K)。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種涂料散熱性能的測試裝置，其特征在于所述閉式小室的內(nèi)表面涂有的吸熱涂料，是由紅外輻射率≥97％和粒徑≤120μm的炭黑制成的吸熱涂料。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種涂料散熱性能的測試裝置，其特征在于所述閉式小室在放置散熱器一側(cè)的閉式小室壁面的水平中線上開有兩個直徑為2～4mm的圓形開口，兩個圓形開口圓心之間的距離為200～300mm。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種涂料散熱性能的測試裝置，其特征在于所述通水管道均采用耐熱橡膠管，并外套橡塑保溫管；所述流量計(jì)采用等壓降式流量計(jì)；所述循環(huán)水泵為熱水型微型增壓泵。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種涂料散熱性能的測試裝置，其特征在于所述溫度傳感器采用熱電阻或熱電偶；所述多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器為多路信號巡檢儀；所述多路信號轉(zhuǎn)化卡采用RS-232 RS-545CONVERTER。
8.按照權(quán)利要求8所述的一種涂料散熱性能的測試裝置，其特征在于所述熱電阻是鉑電阻Pt10或鉑電阻Pt100；所述熱電偶是銅-考銅熱電偶或銅-康銅熱電偶。
9.權(quán)利要求1的一種涂料散熱性能的測試裝置的測試方法是
I.比較兩種涂料的散熱性能并求得相對的節(jié)能效果
在該測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料乙，要求涂膜質(zhì)量相等，并干燥72小時備用，熱水從恒溫水箱經(jīng)加熱器加熱后，首先通過通水管道進(jìn)到循環(huán)水泵，為了減小通水管道的壓力安裝了減壓閥門，然后通過通水管道分流進(jìn)入兩個流量計(jì)，再分別經(jīng)過兩個調(diào)節(jié)閥門后分別進(jìn)入兩個散熱器，最后熱水經(jīng)通水管道回水回到恒溫水箱；接通恒溫水箱中加熱器的熱源，水溫設(shè)定為80℃，調(diào)節(jié)兩個閉式小室的初始溫度至一致，打開由二十個溫度傳感器、多路溫度電壓轉(zhuǎn)換管、多路信號轉(zhuǎn)化卡和計(jì)算機(jī)及其中含帶的支持測量和數(shù)據(jù)記錄處理的軟件系統(tǒng)構(gòu)成的溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)，記錄10分鐘的空白數(shù)據(jù)后打開循環(huán)水泵，調(diào)節(jié)兩邊流量至80L/h，在試驗(yàn)過程中，溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)連續(xù)記錄散熱器表面溫度、閉式小室周壁和中心點(diǎn)溫度，測試時間為120分鐘，由所記錄的溫度數(shù)據(jù)繪制出閉式小室溫度隨時間變化的曲線，計(jì)算出各個散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量，進(jìn)而依此確定這兩種涂料的散熱性能并求得相對的節(jié)能效果；
上述涂料散熱性能的測試裝置的測試方法中所述各個散熱器在單位時間單位體積內(nèi)散熱量的計(jì)算方法如下
相關(guān)計(jì)算公式如下
散熱器的輻射熱流密度 ①
閉式小室中散熱器的傳熱包括對流散熱和輻射散熱兩部分
散熱器在單位時間內(nèi)的的對流散熱量
Φ對＝hA(T1-T0)②
大空間自然對流換熱計(jì)算
③
104<Gr<5.76×108時為層流，此時，Nu＝0.11(Gr Pr)1/3 ④
Gr>4.65×109時為湍流，此時Nu＝0.11(GrPr)1/4 ⑤
⑥
散熱器在單位時間內(nèi)的的輻射散熱量
散熱器在單位時間內(nèi)的的總散熱量Φ＝Φ對+Φ輻；
為了滿足GB/T 13754-92“采暖散熱器散熱量測定標(biāo)準(zhǔn)”的要求，上述散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量還要滿足下面的關(guān)系式
上述計(jì)算公式中，q為輻射熱流密度，ε為散熱器所涂涂料的發(fā)射率，σ為玻耳茲曼常數(shù)，T1和T2分別為散熱器表面的平均絕對溫度和閉式小室六個面的平均絕對溫度，T0為閉式小室中心點(diǎn)空氣的絕對溫度，h為空氣對流換熱系數(shù)，A為散熱器的表面積(m2)，Nu為努塞爾數(shù)，Pr為普朗特?cái)?shù)，Gr為格拉曉夫數(shù)，D為散熱器空腔的平均內(nèi)直徑(m)，λ為空氣導(dǎo)熱系數(shù)，g為重力加速度，ΔT為散熱器表面的平均絕對溫度和閉式小室中心點(diǎn)空氣的絕對溫度的差值，α為空氣體積膨脹系數(shù)，γ為空氣運(yùn)動粘度，V為閉式小室的體積(m3)；
上述涂料散熱性能的測試裝置的測試方法是在該散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量滿足公式⑧的條件下進(jìn)行的；
在散熱器分別涂有涂料甲和涂料乙的不同情況下，計(jì)算各個散熱器的散熱量
甲.涂有涂料甲的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的的散熱量計(jì)算
穩(wěn)態(tài)時，測定安置了涂有涂料甲的散熱器的閉式小室六個面的平均絕對溫度為T2甲，散熱器表面的平均絕對溫度為T1甲，閉式小室中心點(diǎn)空氣的絕對溫度T0甲，涂有涂料甲的散熱器空腔的平均內(nèi)徑為D甲(m)，該散熱器的的表面積A甲(m2)，安置了涂有涂料甲的散熱器的閉式小室的體積為V甲(m3)；
在計(jì)算對流散熱量之前，首先應(yīng)該算出空氣對流換熱系數(shù)h甲的值，并計(jì)算得到定性絕對溫度為
從而我們可以從氣體的物理參數(shù)表查出相應(yīng)此溫度下的空氣參數(shù)λ、γ、α、Pr、g，將其代入到上述公式③④⑤⑥中計(jì)算得出h甲的值；
根據(jù)上述公式②，涂有涂料甲的散熱器在單位時間內(nèi)的對流散熱量
Φ對甲＝h甲A甲(T1甲-T0甲)
根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料甲的散熱器在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料甲的散熱器在單位時間內(nèi)的總散熱量Φ甲＝Φ對甲+Φ輻甲
看涂有涂料甲的散熱器在單位時間單位體積的散熱量是否滿足⑧
根據(jù)上述公式①，涂有涂料甲的散熱器的輻射熱流密度
乙.涂有涂料乙的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的的散熱量計(jì)算
與涂有涂料甲的散熱器的散熱量計(jì)算的測定方法完全相同，得出h乙的值；
根據(jù)上述公式②，涂有涂料乙的散熱器在單位時間內(nèi)的對流散熱量
Φ對乙＝h乙A乙(T1乙-T0乙)
根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料乙的散熱器在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料乙的散熱器在單位時間內(nèi)的總散熱量為Φ乙＝Φ對乙+Φ輻乙
看涂有涂料乙的散熱器在單位時間單位體積的散熱量是否滿足⑧
根據(jù)上述公式①，涂有涂料乙的散熱器的輻射熱流密度
在涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料乙的散熱器在單位時間單位體積的散熱量都滿足公式⑧的前提下，比較涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料乙的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量，結(jié)論是在單位時間單位體積內(nèi)散熱量大的涂料的散熱效果較好，從得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算出
涂料甲相對于涂料乙的節(jié)能效果＝(Φ甲—Φ乙)/Φ乙×100％；
II.不同種類涂料的散熱等級的分級
選取五種不同種類的涂料涂料甲、涂料乙、涂料丙、涂料丁和涂料戊，
a.在該測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料乙，測試和計(jì)算方法同I；
b.在該測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料丙，除以下計(jì)算部分之外，其他測試和計(jì)算方法同I；
丙.涂有涂料丙的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的的散熱量計(jì)算
與涂有涂料甲的散熱器的散熱量計(jì)算的測定方法完全相同，得出h丙的值；
根據(jù)上述公式②，涂有涂料丙的散熱器在單位時間內(nèi)的對流散熱量
Φ對丙＝h丙A丙(T1丙-T0丙)
根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料丙的散熱器在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料丙的散熱器在單位時間內(nèi)的總散熱量為Φ丙＝Φ對丙+Φ輻丙
看涂有涂料丙的散熱器在單位時間單位體積的散熱量是否滿足⑧
根據(jù)上述公式①，涂有涂料丙的散熱器的輻射熱流密度
在涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料丙的散熱器在單位時間單位體積的散熱量都滿足公式⑧的前提下，比較涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料丙的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量，結(jié)論是在單位時間單位體積內(nèi)散熱量大的涂料的散熱效果較好，從得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算出
涂料甲相對于涂料丙的節(jié)能效果＝(Φ甲—Φ丙)/Φ丙×100％；
c.在該測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料丁，除以下計(jì)算部分之外，其他測試和計(jì)算方法同I；
丁.涂有涂料丁的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的的散熱量計(jì)算
與涂有涂料甲的散熱器的散熱量計(jì)算的測定方法完全相同，得出h丁的值；
根據(jù)上述公式②，涂有涂料丁的散熱器在單位時間內(nèi)的對流散熱量
Φ對丁＝h丁A丁(T1丁-T0丁)
根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料丁的散熱器在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料丁的散熱器在單位時間內(nèi)的總散熱量為Φ?。溅祵Χ?Φ輻丁
看涂有涂料丁的散熱器在單位時間單位體積的散熱量是否滿足⑧
根據(jù)上述公式①，涂有涂料丁的散熱器的輻射熱流密度
在涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料丁的散熱器在單位時間單位體積的散熱量都滿足公式⑧的前提下，比較涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料丁的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量，結(jié)論是在單位時間單位體積內(nèi)散熱量大的涂料的散熱效果較好，從得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算出
涂料甲相對于涂料丁的節(jié)能效果＝(Φ甲—Φ丁)/Φ丁×100％；
d.在該測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料甲和涂料戊，除以下計(jì)算部分之外，其他測試和計(jì)算方法同I；
戊.涂有涂料戊的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的的散熱量計(jì)算
與涂有涂料甲的散熱器的散熱量計(jì)算的測定方法完全相同，得出h戊的值；
根據(jù)上述公式②，涂有涂料戊的散熱器在單位時間內(nèi)的對流散熱量
Φ對戊＝h戊A戊(T1戊-T0戊)
根據(jù)上述公式⑦，涂有涂料戊的散熱器在單位時間內(nèi)的輻射散熱量
則涂有涂料戊的散熱器在單位時間內(nèi)的總散熱量為Φ戊＝Φ對戊+Φ輻戊
看涂有涂料戊的散熱器在單位時間單位體積的散熱量是否滿足⑧
根據(jù)上述公式①，涂有涂料戊的散熱器的輻射熱流密度
在涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料戊的散熱器在單位時間單位體積的散熱量都滿足公式⑧的前提下，比較涂有涂料甲的散熱器和涂有涂料戊的散熱器在單位時間單位體積內(nèi)的散熱量，結(jié)論是在單位時間單位體積內(nèi)散熱量大的涂料的散熱效果較好，從得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算出
涂料甲相對于涂料戊的節(jié)能效果＝(Φ甲—Φ戊)/Φ戊×100％；
將涂料的散熱性能劃分成如下五個散熱等級，I級>58W/m3·s；II級57～58W/m3·s；III級56～57W/m3·s；IV級55～56W/m3·s；V級54～55W/m3·s；依據(jù)上面不同種類涂料的單位時間單位體積內(nèi)的散熱量的測試和計(jì)算結(jié)果，判斷它們各自應(yīng)該歸屬的散熱等級。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述權(quán)利要求1的一種涂料散熱性能的測試裝置的測試方法，其特征在于所選取的五種不同種類的涂料分別是涂料甲紅外輻射涂料、涂料乙芳香族聚氨酯涂料、涂料丙脂肪族聚氨酯涂料、涂料丁環(huán)氧樹脂涂料和涂料戊醇酸涂料。
全文摘要
本發(fā)明涂料散熱性能的測試裝置及其測試方法，屬于應(yīng)用熱方法測試材料領(lǐng)域，該裝置包括測試主體、熱媒系統(tǒng)和溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)，其中測試主體由兩個用絕熱材料制成的閉式小室和分別放置在兩個閉式小室中的散熱器構(gòu)成，熱媒系統(tǒng)由上述兩個散熱器、加熱器、恒溫水箱、通水管道、兩個流量計(jì)、水泵、減壓閥門和兩個調(diào)節(jié)閥門構(gòu)成，溫度監(jiān)測分析系統(tǒng)由二十個溫度傳感器、多路溫度電壓轉(zhuǎn)換器、多路信號轉(zhuǎn)化卡和計(jì)算機(jī)及其中含的軟件系統(tǒng)構(gòu)成；測試方法是在該測試裝置的分置于兩個閉式小室的兩個相同的散熱器上分別涂上不同種類的涂料，由所記錄的溫度數(shù)據(jù)繪制出被測溫度隨時間變化的曲線，并計(jì)算散熱器上涂料的散熱量，進(jìn)而確定涂料的散熱性能，計(jì)算其節(jié)能率，準(zhǔn)確性高。
文檔編號G01N25/20GK101393148SQ20081015243
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者梁金生, 剛 薛, 燕 丁, 吳曉明, 董存立 申請人:河北工業(yè)大學(xué)