摘要:在順列管束空-空中冷器的換熱規(guī)律研究中發(fā)現(xiàn),測(cè)溫點(diǎn)的布置對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有較大影響,*測(cè)溫點(diǎn)并非固定不變。通過對(duì)其進(jìn)行大量測(cè)試分析和數(shù)值計(jì)算,提出了測(cè)溫點(diǎn)布置的*位置與管外熱空氣雷諾數(shù)之間的關(guān)系式,為提高測(cè)試的準(zhǔn)確性提供了依據(jù)。
   關(guān)鍵詞:內(nèi)燃機(jī);中冷器;順列管束;測(cè)溫面;熱輻射;數(shù)值計(jì)算
   1　概述　　
    在換熱器的熱交換測(cè)試過程中,介質(zhì)溫度測(cè)點(diǎn)通常布置在離進(jìn)出口較近的地方[1,2],這樣做一般認(rèn)為可以減少熱損失,并能準(zhǔn)確地測(cè)得介質(zhì)經(jīng)過換熱器后的溫升或溫降。作者在經(jīng)過多種換熱器測(cè)試后發(fā)現(xiàn),冷側(cè)介質(zhì)進(jìn)口測(cè)溫點(diǎn)距換熱器太近時(shí),易受到熱輻射影響;而冷、熱介質(zhì)出口處測(cè)溫面上不同測(cè)點(diǎn)結(jié)果相差較大,這樣得到的數(shù)據(jù)在進(jìn)行換熱器熱平衡計(jì)算時(shí),往往偏差會(huì)超過5%。本文結(jié)合內(nèi)燃機(jī)/氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)混合動(dòng)力裝置的開發(fā),圍繞如何布置測(cè)點(diǎn)才能提高測(cè)量準(zhǔn)確性,對(duì)氣動(dòng)缸進(jìn)氣預(yù)熱器中空氣測(cè)溫點(diǎn)的合理位置進(jìn)行了研究。
    2　中冷器測(cè)試系統(tǒng)介紹　　
    試驗(yàn)系統(tǒng)由冷、熱兩個(gè)風(fēng)洞組成（見圖1[3]）。冷、熱風(fēng)在試驗(yàn)段進(jìn)行熱交換,熱風(fēng)橫掠順列管束,冷風(fēng)在管內(nèi)流動(dòng)。風(fēng)洞及試驗(yàn)段進(jìn)行了嚴(yán)密的保溫處理。試驗(yàn)段由5排、3列管子組成,管徑40ｍｍ,壁厚1 5ｍｍ,長(zhǎng)340ｍｍ,邊界為半圓管。為了減少熱損失,試驗(yàn)段上、下板及管束端板選用16ｍｍ厚的細(xì)木工板,半圓管也為木質(zhì)。在試驗(yàn)段進(jìn)出口處布置了測(cè)量溫度的熱電偶網(wǎng)。管束參數(shù)示于表1,試驗(yàn)設(shè)備和儀表如表2。
    3　中冷器測(cè)溫點(diǎn)布置及調(diào)整　　
    為了能比較準(zhǔn)確地測(cè)量出管道截面的氣流溫度,在測(cè)溫面處布置了若干熱電偶。圖2[3]示出了熱風(fēng)進(jìn)、出口測(cè)溫面熱電偶的布置?？紤]到試驗(yàn)段前氣溫比較均勻,在熱風(fēng)入口處的測(cè)溫面上布置了12個(gè)點(diǎn),而在換熱后的熱風(fēng)出口測(cè)溫面上布置了16個(gè)測(cè)點(diǎn);冷風(fēng)進(jìn)口測(cè)溫面上布置了10個(gè)點(diǎn),冷風(fēng)出口測(cè)溫面上布置了20個(gè)點(diǎn)。作者zui初將進(jìn)、出風(fēng)口測(cè)溫點(diǎn)布置在試驗(yàn)段進(jìn)、出口處距離試驗(yàn)管子50ｍｍ的位置,但經(jīng)過多次測(cè)試后發(fā)現(xiàn),在試驗(yàn)段冷、熱風(fēng)出口處測(cè)溫網(wǎng)上的各點(diǎn)溫度值相差較大,在計(jì)算熱平衡時(shí)有許多工況誤差超過5%,有些則高達(dá)200%～300%。由于熱電偶在使用前都進(jìn)行了嚴(yán)格標(biāo)定,應(yīng)該說各測(cè)點(diǎn)處的溫度值是準(zhǔn)確的,但測(cè)溫網(wǎng)上各測(cè)點(diǎn)的溫度平均值并未真實(shí)反映出該測(cè)溫面上的溫度值。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),這是由于試驗(yàn)段中熱、冷風(fēng)的風(fēng)速較高（熱風(fēng)Ｒｅｏｍａｘ=94299,ｕｏｍａｘ=43 14ｍ/ｓ;冷風(fēng)Ｒｅｉｍａｘ=91460,ｕｉｍａｘ=38 04ｍ/ｓ）,經(jīng)過換熱器后的冷、熱空氣尚未充分混合均勻,導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)布置不合理。用ＦＬＵＥＮＴ軟件對(duì)管內(nèi)外空氣流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算得到的溫度分布云圖也證實(shí)了這一點(diǎn)。由圖3可見,當(dāng)熱空氣流經(jīng)管束時(shí),管束間通道氣溫相對(duì)較高,而管束尾流區(qū)氣溫較低;由圖4可見,管子出口處空氣溫度與管出口間空氣溫度差相差較大。這說明空氣剛經(jīng)過換熱器時(shí)尚未充分混合,溫度并不均勻。如果在離試驗(yàn)段出口較近的地方布置數(shù)量有限的熱電偶時(shí),測(cè)得的溫度很難反映出實(shí)際溫度。而如果單純?cè)黾訙y(cè)點(diǎn),雖然可以提高測(cè)量準(zhǔn)確度,但會(huì)對(duì)空氣流場(chǎng)造成很大干擾,直接影響到試驗(yàn)段后部測(cè)速段的數(shù)據(jù)測(cè)量。另外,由圖5可以看到,由于熱輻射的存在,冷側(cè)進(jìn)出口空氣溫度或多或少會(huì)收到影響。