实验十二 热水散热器性能实验
一、实验目的
1、掌握用热水作热媒时散热器传热系数的测试原理和方法。

2、用实验方法求出以热水为热媒时散热器的传热系数K 值，并找出它与传热温差⊿T 之间的关系K~⊿T 。

二、实验原理
热水散热器热工性能是在根据ISO 标准制造的实验台上，按统一的测试条件对散热器进行性能测试。

（一） 散热器的散热量测试
该实验台采用水冷却方式，散热器热媒为大气压下低于沸点的低温水，在稳定条件下，散热器散热量通过测量散热器进、出水温和水量计算得出，即，
)(21T T C M Q S S S −=ρ （12－1）
式中： Q ——散热器的散热量，W ；
ρS ——水的密度，1000kg/m 3；
C S ——水的比热，取常量4187J/kg ·℃；
M S ——散热器的水流量，m 3/s ；
T 1——散热器的进口温度，℃；
T 2——散热器的出口温度，℃。

ISO 标准要求，热媒为低温热水时，至少要进行三个工况的测试，散热器进、出口热水平均温度取80℃±3℃、65℃±5℃、50℃±5℃。

每次测试在相同流量下进行，每一工况下测试时间不少于1h ，每次测试间隔时间不大于10min 。

（二） 散热器热工性能评定指标
在规定条件下，测得散热器的散热量后，必须将结果整理成公式（12－2）的表达式，即
B n pj B T T A T A Q )(−=∆= （12－2）
式中： Q ——散热器的散热量，W ；
T pj ——散热器的进、出口热水平均温度，℃；
T pj取算术平均值：22
1T
T T
pj +
=
；
T n——测试室基准点空气温度，℃。

当散热器进、出口热水平均温度与基准点空气温度之差⊿T=64.5℃（即所谓的标准工况，对应进水温度95℃、回水温度70℃、室温18℃），由公式（12－2）计算得出的散热量即为标准散热量，用该标准散热量作为散热器的热工性能指标，来评价、对比散热器热工性能的优劣。

三、实验装置
热水散热器性能实验装置如图12－1所示。

图12—1 热水散热器性能实验装置示意图
如图12－1所示，热水由电加热器供给，电功率为14kW。

为使系统的流量稳定，设置了高位水箱，利用水泵和循环管使两水箱内的水温保持恒定。

从高位水箱中流出来的水送入被测散热器中，然后通过转子流量计返回。

系统中水温是由自控装置控制的。

被测散热器放于恒温小室中，恒温小室的围护结构采用水冷却方式控制室温。

在测试过程中所有的温度测点均使用铂电阻传感器，热水散热器性能实验的温度测量系统由铂电阻测量传感器、温度变送器、A/D转换器和微型计算机组成。

按ISO标准要求温度测量的精度为±0.1℃，为此该实验台采用铂电阻为温度测量传感器，最小分辨率约为校
正范围的1/4096。

在本实验台的测温系统中，测量散热器进口温度的铂电阻最大量程范围小于80℃，其他铂电阻最大量程范围小于50℃，因此该系统中铂电阻传感器的分辨率为小于0.049℃，铂电阻的温度信号，由计算机采集并转换温度值来显示并记录，测量精度达到±0.08℃，满足并超过了ISO标准中的±0.1℃要求。

热水散热器性能实验的热水流量测量系统采用高精度的电子秤作为测量的手段，即用电子秤测出一段时间内流经散热器的水流量。

采用这样的测量方法所产生的由于测量时间的误差、电磁阀的切换过程中的误差、电子秤本身所具有的误差均较小。

流量测量精度达到±0.017%，满足和超过了ISO标准中的±0.5%要求。

对计算出的热量精度要求为±0.5%，另外，国际标准还对实验台的其他测试项目也作了精度要求。

散热器进、出口的温度测量精度为±0.2℃，该实验装置的各项精度均满足要求。

四、实验方法和数据处理
1、将被测散热器的主要技术参数填入表12－1中。

2、打开水冷式空调系统冷却水阀门，并启动制冷系统，使测试温度达到所需温度。

3、接通电加热器和水泵，使系统中水的温度达到要求的稳定温度。

4、利用流量计下边的阀门调节到测试流量。

表12—1 散热器主要技术参数表
a = mm
b = mm
c = mm
d = mm
5、当散热器的热媒进、出口温度不变，室温不变、流量达到规定时，即可开始测量。

根据ISO标准规定，在稳定状态下的测量数据有效，而根据稳定条件的要求，由人工来完成判稳、检测的工作量很大，并且人工来完成最后的数据处理也比较麻烦，为此实验采用微型计算机测量系统进行自动巡回检测，编制了相应的检测、判稳及数据处理软件，实现了热水散热器性能的自动测定。

(1) 测试开始前，将测试日期、大气压力、测试工况参数及被测散热器规格等参数输入微型计算机中。

(2) 散热器进、出口水温、基准点空气温度的初步稳态判断，判断方法如下：
ISO标准规定的稳态条件为：至少连续6次等间距的测量值与它们的平均值的最大偏差不超过下述指标：
基准点：±0.1℃
进、出口水温：±0.2℃
其他点：±0.3℃
散热器后测点：±0.5℃
热媒流量：±2%
并且要求每一稳态下测试时间不少于1小时。

将稳态条件扩展1倍，即散热器进、出口温度波动不超过±0.4℃，基准点温度波动不超过±0.2℃，此条件达到即认为达到初步稳态。

微型计算机测量系统对实验的各测点温度和热媒流量进行检测，在计算机中保存有最新的7组相邻数据进行计算比较，不满足初步稳态条件则剔除最先测得的那组数据，并采入另一组数据，再比较、剔除，如此反复直至满足初步稳态条件。

初步稳态条件达到后，指示操作者进行流量测量，输入采样时间，即可进行测量和稳态判断。

(3) 稳态判断，此阶段判断方法类似于初步稳态判断，只不过又增加了流量采集及流量
判稳，且稳态要求按ISO标准规定进行，达到稳态后，提示操作者，将数据存盘。

(4) 更换测试工况，按上述顺序，进行测试。

6、数据处理时，利用最小二乘法编制的数据处理软件，在完成3个工况的测试后，由此软件将存盘数据读入、回归，整理成公式（12－2）的表达形式。

7、实验完毕应关闭冷水机组、切断电加热器电源、关闭水泵，同时关闭水循环管上的全部阀门和冷却水系统上的冷却水阀门。

关闭微型计算机测量系统的电源，并检查各水路和电路是否关闭。

五、思考题
1、实验结果是否符合指数关系，若不是，分析其原因？
2、根据有关资料所载同类型散热器的实验结果，试比较其相同点和不同点？
3、叙述和分析实验过程中所发生的情况或可疑之处，对实验结果有何影响？
实验十三热水供暖系统模拟实验
一、实验目的
1、直观地了解常用机械循环热水供暖系统的型式和散热器的不同管路连接方式。

2、观察垂直单管跨越式系统的水力稳定性。

3、观察自力式压差控制器对所控制支路的压差恒定作用。

二、实验装置
机械循环热水供暖系统模拟实验装置以电热水器为热源，循环水泵提供动力，供暖系统包括垂直式下供下回双管系统、垂直式上供下回系统以及水平式系统三种，图略。

三、实验方法
1、熟悉机械循环热水供暖系统模拟实验装置的锅炉、水泵、膨胀水箱、排气装置、主要开关阀门位置、作用。

2、观察膨胀水箱和系统连接点处与水泵的相对位置。

3、启动水泵，使水循环。

观察膨胀水箱中水和气的变化情况。

打开阀门，排放集气罐内的气体，观察排气状况对散热设备正常工作的影响。

4、观察垂直上供下回双管、单管顺流式和单管跨越式系统的管路连接方式。

5、观察垂直下供下回双管系统的管路连接方式。

6、观察水平式双管、单管顺流式和单管跨越式系统的管路连接方式。

7、观察热计量表、自力式恒温控制阀和自力式压差控制阀与管路的连接方式。

8、关小或关闭跨越式系统某个用户的阀门，通过各个散热器的浮子流量计观察该用户调节后对其他用户水力稳定性的影响。

9、保持安装自力式压差控制器支路各阀门状态不变，关小或关闭下供下回双管系统其他支路阀门，观察安装自力式压差控制器支路的流量变化。

10、实验完毕，开启阀门，关闭电加热小锅炉和水泵电源。