連棟溫室散熱管道輻射涂層的熱工性能研究

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1、連棟溫室散熱管道輻射涂層的熱工性能研究連棟溫室散熱管道輻射涂層的熱工性能研究連棟溫室散熱管道輻射涂層的熱工性能研究連棟溫室散熱管道輻射涂層的熱工性能研究連棟溫室散熱管道輻射涂層的熱工性能研究　　摘要：本文從連棟溫室供熱系統(tǒng)的節(jié)能要求出發(fā)，重點(diǎn)研究了常用的熱水供熱系統(tǒng)光管散熱管道的熱工性能在涂輻射涂層前后性能變化，及提高散熱管道輻射換熱特性對(duì)溫室內(nèi)熱環(huán)境的影響，為設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的連棟溫室提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：節(jié)能熱工性能換熱0前言連棟溫室作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的主要組成部分，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。但由于連棟溫室中的供熱系統(tǒng)初投資和運(yùn)行費(fèi)用高，使連棟溫室的

2、發(fā)展受到了影響。如何提高設(shè)施農(nóng)業(yè)的技術(shù)含量，降低溫室運(yùn)行的成本成為迫在眉睫的問題。目前連棟溫室供熱系統(tǒng)的散熱設(shè)備，主要為常規(guī)散熱器、光管散熱管道以及帶肋片的散熱管道，由于光管散熱管道熱器式中：αn--散熱管內(nèi)表面的復(fù)合換熱系數(shù)，W/m2·K；δ--散熱管道壁厚，m；λ--散熱管導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·K。αw=αc+αrαc–管外對(duì)流換熱系數(shù)，W/m2·K；αr–管外輻射換熱系數(shù)，W/m2·K；根據(jù)傳熱學(xué)原理，K值主要取決于αw，可認(rèn)為K≈αw,從文獻(xiàn)[2]得計(jì)算結(jié)果得到：αc=，αc=，K≈αw=輻射因素所

3、占的比例為2涂鍍輻射涂層的光管散熱管道的熱工性能分析在常用光管外壁面發(fā)射率較低的情況下，輻射散熱在總的散熱中仍占較大的比例，為此我們?cè)O(shè)想在光管散熱管道表面涂鍍發(fā)射率較高的紅外輻射涂料來增強(qiáng)輻射換熱，從而達(dá)到提高光管散熱管道的熱工性能的目的。輻射涂層的特性及其基本要求涂料自身的輻射性能：1)材料結(jié)構(gòu)與輻射性能的關(guān)系。不同材料的發(fā)射率不同。一般來說金屬導(dǎo)電體的數(shù)值較??；電解質(zhì)材料的數(shù)值較高。2)溫度與輻射性能的關(guān)系。金屬材料的發(fā)射率通常隨溫度上升而增加；電解質(zhì)材料的發(fā)射率則與溫度沒有固定的相互關(guān)系。3)材料表面狀態(tài)與輻射性能的關(guān)系。一般來說，材料

4、表面越粗糙，其發(fā)射率值越大，這種情況對(duì)金屬比對(duì)電介質(zhì)材料更為顯著。4)輻射特性隨工作時(shí)間的變化。金屬材料由于氧化作用，其發(fā)射率通常會(huì)隨工作時(shí)間增加而提高；而某些電解質(zhì)材料由于晶體結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變，其發(fā)射率反而將隨工作時(shí)間增加而下降。涂層材料用于溫室工程的要求：1)防水防腐要求；2)不影響溫室內(nèi)作物的生長(zhǎng)；3)無毒無害；4)價(jià)格適中，施工方便。示范材料的選擇：根據(jù)涂料自身的輻射性能和溫室工程的要求，在實(shí)驗(yàn)中采用上海某涂料制造有限公司試制的紅外輻射涂料作為示范涂料。涂料主要成分及基本參數(shù)如下：主要成分(按質(zhì)量百分比)：硫化鉛--20%，氧化鋯--2

5、0%，稀釋劑—60%；涂層厚度：；導(dǎo)熱系數(shù)λ’:約～/m·K；發(fā)射率：在連棟溫室的溫度工況下，涂料的發(fā)射率=～。計(jì)算時(shí)取=有輻射涂層的光熱管道熱工性能分析散熱管道近視為無限大平壁。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，K值計(jì)算式為：W/m2.℃　δ'--涂料厚度，m；λ'–涂料導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·K。','--有涂料的散熱管內(nèi)，外表面的復(fù)合換熱系數(shù)，W/m2·K；由于涂層很薄，δ'/λ'≈0。外壁涂層對(duì)內(nèi)壁換熱情況的影響很小，因此，外壁涂層對(duì)內(nèi)壁換熱系數(shù)αn’基本無影響，可認(rèn)為αn’=αn；散熱管外表面的對(duì)流換熱系數(shù)仍為αw’=αc’+

6、αr’由于外壁的對(duì)流換熱形式是自然對(duì)流換熱，因此換熱系數(shù)與表面涂層情況及壁面粗糙度無關(guān)，僅與壁面溫度和周圍空氣溫度以及定型尺寸有關(guān)。在壁面溫度和周圍空氣溫度及定型尺寸不變的條件下，管外對(duì)流換熱系數(shù)不變。在溫度條件不變的工況下，輻射換熱系數(shù)僅與發(fā)射率有關(guān)，則：所以K'=α’=+=/m2·K。由上述理論計(jì)算，可知：在管道表面涂鍍高發(fā)射率涂料，能夠顯著提高管道換熱系數(shù)，是提高散熱管熱工性能的有效方法。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的初步結(jié)果根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定：光管傳熱系數(shù)K值的測(cè)定在符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的封閉小室內(nèi)，保持室溫恒定下進(jìn)行。為此實(shí)際測(cè)量在同濟(jì)大學(xué)暖

7、通空調(diào)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。根據(jù)文獻(xiàn)[2]中的方法指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)臺(tái)的布置經(jīng)過實(shí)驗(yàn)并通過計(jì)算最后可將傳熱系數(shù)K的實(shí)驗(yàn)公式整理為：K=Δ在理論計(jì)算的條件下，將溫室室內(nèi)散熱管道的設(shè)計(jì)參數(shù)tn=18℃，tpj=℃代入實(shí)驗(yàn)室公式得：K=Δ=()=/m2.℃與前述理論分析的K值接近。輻射涂層對(duì)植物熱平衡的影響在同樣熱舒適的前提下，低溫輻射供暖房間的設(shè)計(jì)溫度可以比對(duì)流供暖房間降低2～3℃。這一溫度降低量是以人體熱舒適方程為基礎(chǔ)推導(dǎo)出的。植物從本質(zhì)上來說也是生物，也有對(duì)熱舒適的感受。下面將仿照人體熱舒適方程，寫出植物的熱舒適方程，并嘗試推導(dǎo)出對(duì)象溫室涂鍍輻射涂層

8、后，設(shè)計(jì)溫度的理論降低量。由于植物不向外做機(jī)械功，所以W≡0；模仿人體的熱平衡方程式，植物的熱平衡方程式寫為如下形式：S’=M’-E’-R’-C’=0式中：S’--