一种新型智能工业暖风机热工性能测试系统

1.一种新型智能工业暖风机热工性能测试系统，其特征在于，包括：可控温环境仓(2)、多个K型热电偶(3)、数据采集卡(4)、计算机(5)、热线风速仪(6)以及三维坐标控制仪(7)；
其中，所述可控温环境仓(2)具有水冷冷却板结构，环境仓的内壁具有水冷夹层，所述水冷夹层的水道由内壁面平钢板与波浪形钢板二者焊接在一起而形成；
其中，多个K型热电偶(3)以一定的间隔设置在环境仓的内壁面上，并且离内壁面一定距离，由此形成热电偶矩阵；
其中，数据采集卡(4)与所述多个K型热电偶(3)连接，用于采集热电偶检测数据，所述计算机(5)连接所述数据采集卡(4)；
其中，所述热线风速仪(6)固定在所述三维坐标控制仪(7)上，用于测量暖风机(1)喷射暖风的流速和方向；所述三维坐标控制仪(7)用于确定热线风速仪(6)的三维坐标。
2.根据权利要求1所述的新型智能工业暖风机热工性能测试系统，其特征在于，可控温环境仓(2)还包括外壁以及设置在外壁与内壁之间的保温层。
3.根据权利要求1所述的新型智能工业暖风机热工性能测试系统，其特征在于，可控温环境仓(2)还包括制冷/热系统，用于水冷夹层的水道内水的温度控制。
4.根据权利要求1所述的新型智能工业暖风机热工性能测试系统，其特征在于，还包括激光标线仪器，用于校准三维坐标控制仪(7)。
5.根据权利要求1所述的新型智能工业暖风机热工性能测试系统，其中，可控温环境仓的内壁面温度控制范围为5～35℃，三维坐标控制仪(7)的控制精度为0.01mm。
6.根据权利要求1所述的新型智能工业暖风机热工性能测试系统，其特征在于，环境仓内避壁面温度控制范围为5～35℃，温度控制精度为±0.5℃。
7.根据权利要求1所述的新型智能工业暖风机热工性能测试系统，其特征在于，所述的热线风速仪的速度测量范围为0‑50m/s，误差±0.1m/s，测量频率为100Hz。

一种新型智能工业暖风机热工性能测试系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型专利涉及设备性能测试系统，尤其是新型智能工业暖风机热工性能测试系统。\n背景技术\n[0002] 工业暖风机作为一种移动式加热设备，具有使用便捷，升温速度快，适用范围较广等特点。因此广泛应用于工农业环境温度控制等领域。工业暖风机可分为燃油型、燃气型、电加热型暖风机。我国暖风机标准(JB/T 7225‑2017)中详细规定了暖风机的热工性能的测试方法，但是该标准明确规定不适用于用燃气或电作为热源的暖风设备。其他标准或规范中都没有提及燃气或电暖风机的热工性能测试方法。目前大多数检测机构也是参考暖风机标准(JB/T 7225‑2017)的规定开展燃气或电暖风机的热工性能测试分析。在该标准中对于暖风机热工性能测试主要集中于设计工况下容积流量值、供热量、暖风机出口气流温度的检测，然而没有对暖风机加热升温效果没有提及，国内检测机构也没有对暖风机加热升温效果进行测试分析。在王岳宸的FXD型动力集中动车组暖风机通风域流动特性评价及分析论文中指出由于暖风机导流结构存在缺陷导致暖风机频繁停机、热风出流率低、升温加热效果差等问题。\n[0003] 因此，需要新的技术和设备，以至少部分解决现有技术中存在的问题。\n实用新型内容\n[0004] 研究表明，为了充分表征暖风机的热工性能，仅仅测试设计工况下容积流量值、供热量和暖风机出风温度是不完善的，将导致评价结果的不科学和准确；应当同时对暖风机加热升温效果进行测试分析，完善暖风机热工性能全面测试分析。\n[0005] 为充分测试分析工业暖风机的热工性能，本实用新型提出一种新型工业暖风机热工性能测试分析系统及方法。利用可控温环境仓模拟实际使用条件，获得工业暖风机设计工况下容积通风量、供热量的同时，监测环境升温速率、室温不均匀系数、暖风机有效射程、暖风风机射流出口湍流特征等参数综合评价工业暖风机的热工性能。\n[0006] 根据本实用新型的一方面，提供一种新型智能暖风机热工性能测试系统，其特征在于，包括：可控温环境仓(2)、多个K型热电偶(3)、数据采集卡(4)、计算机(5)、热线风速仪(6)以及三维坐标控制仪(7)；\n[0007] 其中，所述可控温环境仓(2)具有水冷冷却板结构，环境仓的内壁具有水冷夹层，所述水冷夹层的水道由内壁面平钢板与波浪形钢板二者焊接在一起而形成；\n[0008] 其中，多个K型热电偶(3)以一定的间隔设置在环境仓的内壁面上，并且离内壁面一定距离，由此形成热电偶矩阵；\n[0009] 其中，数据采集卡(4)与所述多个K型热电偶(3)连接，用于采集热电偶检测数据，所述计算机(5)连接所述数据采集卡(4)；\n[0010] 其中，所述热线风速仪(6)固定在所述三维坐标控制仪(7)上，用于测量暖风机(1)喷射暖风的流速和方向；所述三维坐标控制仪(7)用于确定热线风速仪(6)的三维坐标。\n[0011] 根据本实用新型的实施方案，其中可控温环境仓(2)还包括外壁以及设置在外壁与内壁之间的保温层。\n[0012] 根据本实用新型的实施方案，其中可控温环境仓(2)还包括制冷/热系统，用于水冷夹层的水道内水的温度控制。\n[0013] 根据本实用新型的实施方案，其中所述新型智能暖风机热工性能测试系还包括激光标线仪器，用于校准三维坐标控制仪(7)。\n[0014] 根据本实用新型的实施方案，其中可控温环境仓的内壁面温度控制范围为5～35℃，三维坐标控制仪(7)的控制精度为0.01mm，\n[0015] 根据本实用新型的另一方面，提供一种新型智能暖风机热工性能测试方法，包括：\n[0016] a.将可控温环境仓(2)的壁面温度调节为预定温度以模拟使用环境；\n[0017] b.将暖风机以离可控温环境仓(2)内壁面一定距离并且暖风流动方向平行于内壁面而设置在可控温环境仓(2)中，然后设定目标温度或者按照满功率运行，并观测各K型热电偶(3)的温度变化，在观测各K型热电偶(3)的温度数据趋于平缓时停止数据采集以及暖风机的运行；\n[0018] c.将可控温环境仓(2)的壁面温度以及室内温度保持恒定，然后将暖风机(1)水平设置在可控温环境仓(2)中，使得暖风机出风口中心距离地面一定距离；然后利用固定在三维坐标控制仪(7)上的热线风速仪(6)测量X和Y方向上的风速；以及\n[0019] d.基于步骤b测量的数据来计算升温速率以及温度不均匀系数；以及基于步骤c测量的数据来计算暖风机的有效射程以及出口湍流特征，以及\n[0020] e.基于步骤d的计算结果来评价暖风机的性能。\n[0021] 根据本实用新型的实施方案，其中升温速率T采用下式进行计算：\n[0022] T＝Max{ti‑j}\n[0023] 其中，ti‑j为热电偶矩阵中第i列、第j行的测点的温度数值达到规定数值所需时间，\n[0024] 温度不均匀系数包括垂直温差不均匀系数KV以及水平温差不均匀系数KH，其中[0025]\n[0026] 为第i列各点平均温度；\n[0027]\n[0028] tj为第j行各点平均温度。\n[0029] 根据本实用新型的实施方案，其中测量X方向上的风速包括：热线风速仪从距离暖风机口中心X方向1cm处，开始测量，每个位置点测试1min，测试完成后，沿着X方向移动5cm，直到测试到速度衰减到初始出口速度的50％；\n[0030] 根据本实用新型的实施方案，其中测量y方向上的风速包括：在距离暖风机口中心X方向1cm处，将暖风机的出口在Y方向上的投影面划分为多个面积大小相同的同心圆环或者矩形，以每个圆环或者矩形的中心作为初始测试点，热线风速仪在每个初始测试点测量5分钟。\n[0031] 根据本实用新型的实施方案，其中利用以下函数关系计算射流射程：\n[0032]\n[0033] 其中，U为主体段轴心速度，Um出口最大风速，Z为有效射程，D0为暖风机出口直径；\n[0034] 湍流强度Tu根据下式计算：\n[0035]\n[0036]\n[0037] 其中，Tuij为测点处湍流度；vij为测点测量时间段内的瞬时速度， 为测点测量时间段例如5min内的平均速度。\n[0038] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：\n[0039] 本实用新型提供用于工业暖风机的热工性能测试系统及评价指标，与现有的测试方法与评价显著不同，本专利中提出测试系统更加全面，评价指标更全面系统地表征工业暖风机的热工性能，可以极大提升对工业暖风机的选择准确性与适用性。\n附图说明\n[0040] 图1为根据本实用新型实施方案的新型工业暖风机热工性能测试系统的环境仓测量系统示意性布置图；\n[0041] 图2为根据本实用新型实施方案的新型工业暖风机热工性能测试系统的热电偶温度采集系统示意图；\n[0042] 图3为根据本实用新型实施方案的新型工业暖风机热工性能测试系统的工业暖风机出口速度测量示意图；以及\n[0043] 图4为根据本发明实施方案的新型工业暖风机热工性能测试系统的Y方向上测量点的布置示意图。\n[0044] 其中：1为暖风机，2为可控温环境仓，3为热电偶，4为数据采集卡，5为计算机，6为热线风速仪；7为三维坐标控制仪。\n具体实施方式\n[0045] 下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本实用新型的保护范围。\n[0046] 图1为根据本实用新型实施方案的新型工业暖风机热工性能测试系统的环境仓测量系统示意性布置图。如图所示，该图示出了可控温环境仓2的剖面图，其中设置有暖风机1和热电偶3。可控温环境仓可实现工业暖风机使用环境的模拟，可控温环境在散热器性能测试、气流组织测试、各种风口性能测试等方面常常使用。\n[0047] 更具体地，环境仓可以采用水冷冷却板结构，环境仓墙体采用保温材料，内壁采用钢制水冷夹层(例如，内壁面为2mm厚的平钢板，焊接一层1mm厚的波浪型钢板，与平钢板焊\n2\n接成若干横截面150mm 的水道)，外壁可以采用0.6mm厚的彩钢板。内壁与外壁之间可以嵌入保温材料，例如80mm厚的岩棉。另外，环境仓还搭配一套制冷(热)系统，用于调节循环水箱内水的温度，进而调节流通内壁通道的水温，从而达到控制环境仓内壁温度，营造所需实验仓室温环境。例如，所述的可控温环境仓内部尺寸可以为6mx6mx3m，环境仓内避壁面温度控制范围为5～35℃，温度控制精度为±0.5℃。\n[0048] 如图1所示，待检测的工业暖风机1放置在环境仓2内固定位置(距离墙面0.5m)，暖风流动方向与水平面平行，按照图示位置点(A、B、C、D、E、F、G、H)沿竖直方向上布置温度测点，每个位置点处间隔0.5m布置三个温度测点，分别距离地面0.5m、1.Om、1.5m，形成监测点矩阵。温度数据监测采集选择K型热电偶3，热电偶测量精度可以±0.1℃，测温范围‑50℃～\n100℃，采集温度频率可以10Hz。\n[0049] 图2为根据本实用新型实施方案的新型工业暖风机热工性能测试系统的热电偶温度采集系统示意图。可控温环境仓2内的择K型热电偶均与数据采集卡4连接，采集卡信息通过信息传输线连接到计算机5。\n[0050] 图3为根据本实用新型实施方案的新型工业暖风机热工性能测试系统的工业暖风机出口速度测量示意图，如图所示，热线风速仪6固定在三维坐标控制仪7上，三维坐标控制仪7设置在工业暖风机1的出口流路上，可根据测试需要，在XYZ三个方向上进行移动，满足测试需求，三维坐标控制仪7的控制精度可以为0.01mm，可以具有全自动控制系统。所述的热线风速仪的速度测量范围可以为O‑50m/s，误差±0.1m/s，测量频率可以为100Hz。热线风速仪以及三维坐标控制仪为本领域所熟知，在此并不赘述。\n[0051] 在测试过程，首先设置环境仓2的壁面温度，壁面温度在5～15℃范围内调节以模拟真实的使用环境，根据所需测试工业暖风机1的供热功率，调节设置壁面温度以创造所需的测试环境参数。环境仓2的壁面温度稳定达到所设定温度后，开启待检测工业暖风机1，设定目标温度或者按照满功率运行，采集记录各监测点热电偶3温度变化，观测各监测点温度数据趋于平缓，停止数据采集，进行升温速率、室温不均匀系数的分析。\n[0052] 升温速率T可采用下式进行计算：\n[0053] T＝Max{ti‑j}\n[0054] 其中，ti‑j为第i列第j行测点(从下向上排序)温度数值达到规定数值所需时间，min。\n[0055] 垂直温差不均匀系数KV采用：\n[0056]\n[0057] 其中，ti为第i列位置点平均温度，℃。\n[0058] 水平温差不均匀系数KH\n[0059]\n[0060] 其中，tj为第j行(分别为距离地面0.5m、1.Om、1.5m)平均温度，℃。\n[0061] 在完成升温速率、温度不均系数的测定，再进行工业暖风机有效射程以及出口湍流特征分析。\n[0062] 在环境仓内2设置壁面温度保持不变，待壁面温度保持恒定，开启工业暖风机，暖风机功率调至额定功率，待环境舱2内温度稳定之后，开始测定暖风机射流射程长度，暖风机布置在环境仓的固定部位，工业暖风机出风口中心距离地面1m，水平放置，热线风速仪6固定在三维坐标控制仪7上。在测量过程中，还可以采用激光标线仪器进行校正。\n[0063] 测量过程中，热线风速仪从距离暖风机口中心X方向1cm处，开始测量，每个位置点测试1min，测试完成后，沿着X方向移动5cm，直到测试到速度衰减到出口速度的50％。在完成X方向测试之后，在初始测试点，沿着Y方向进行测试，每个初始测试点测试时间为5min，初始测试点选择方法为把圆形暖风机1出口划分为4个面积大小相同的同心圆环(第一个为圆的形式，其他三个为圆环的形式)，在每个圆环的中心点设置测量点，例如第一个圆环的圆心P11，第二个圆环的面积等分线上的四个点P21‑P24，第三和第四个圆环的面积等分线上的相应各四个测点，相应的测点在同一条线上)，详见附图4。\n[0064] 射流射程的计算\n[0065] 工业暖风机出口气流类似圆形射流，在实验测量阶段获得出口最大风速Um，在超过射流核心区，主体段轴心速度U，与射流距离Z成函数关系。通过实验数据，拟合下列函数关系。\n[0066]\n[0067] 其中，D0为工业暖风机出口直径，m；U取值0.5m/s，对应Z即为有效射程。\n[0068] 湍流强度的计算\n[0069] 湍流强度是描述速度脉动相对强度的量，反应了湍流发展情况，出口湍流强度可根据在Y向测量风速进行计算：\n[0070]\n[0071]\n[0072] 其中，Tuij为测点Pij(例如P11，P21等)处湍流度；vij为测点Pij测量时间段内的瞬时速度， 为测点Pij测量5min内的平均速度。\n[0073] 在完成上述各关键参数的测量，可以依据下表1进行暖风机各项评价指标的评测。\n[0074] 表1暖风机热工性能评测表\n[0075]\n评价指标 等级I 等级II 等级III\n升温速率(A) ≤10min 10～15min ≥15min\n垂直不均匀系数(B) ≤2℃ 2～5min ≥5℃\n水平不均匀系数(C) ≤2℃ 2～5min ≥5℃\n射程(D) ≥5m 3～5min ≤3m\n湍流度(E) ≥20％ 10％～15％ ≤10％\n[0076] 注：本测试表根据功率为3KW，如其他功率进行升温速率的修正K(K＝P/3，P为暖风\n2\n机的制热功率)，等级ABC三个数进行修正。射程按照D修正(D＝Q/d ，Q为被测暖风机的额定风量，d为暖风机出风口直径)。\n[0077] 可以根据如下暖风机综合性能指标系数来综合评价暖风机的性能：\n[0078] I＝(IAηA+IBηB+Icηc+IDηD+IEηE)×100％\n[0079] 式中：\n[0080] I为暖风机综合性能指标系数；\n[0081] IA～IB为各子项性能系数，等级I为95，等级I为85，等级I为75％\n[0082] ηA～ηB为各子项性能系数占比，可以分别为30％，20％，20％，20％，10％。\n[0083] 表2暖风机综合热工性能评测表\n[0084]\n综合性能指标系数(I) 评测等级\n70％≤I＜80％ 优秀\n80％≤I＜90％ 良好\n90％≤I＜100％ 中等\n[0085] 以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本实用新型的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。