散热器性能风洞试验台.docx

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散热器性能风洞试验台

第一部分  系统介绍

本散热器性能风洞试验台适应于汽车、拖拉机、工程机械发动机的散热器、热风机的风机盘管的散热性能试验。

一、试验项目：

1、散热性能试验

2、空气阻力试验（简称风阻试验）

3、水流阻力试验（简称水阻试验）

二、散热器风筒试验计算机测控系统组成：

1、风洞试验的筒体

2、风机变频调速系统

3、循环水温度控制

4、工业计算机测控系统

5、电气及配电

三、主要性能指标（讨论参考）：

1、风机风速：

3.0~15.0米/秒（变频调速，PID控制）

2、循环水流量：

0.2~15米3/小时（变频调速，PID控制）

3、循环水温度：

50~95℃（PID控制）

4、温度测量精度：

±0.05℃

5、压力测量精度：

±0.1pa

6、热平衡误差（平均值）：

≤±3.5%

7、试验散热器最大正面尺寸：

800×800

8、试验散热器最小正面尺寸：

200×200

9、环境温度：

5~35℃

10、计算机测控系统环境温度：

15~30℃

四、功能及特点：

1、选用普通风机，风机变频驱动，无级调速，节能显著；

2、循环水泵变频驱动，适应不同规格型号的试件；

3、气、水测量采用模块化结构，同步测量，无时间滞后；

4、进、出风温度采集方式：

建立温度场；

5、同步测量的一次数据有：

●进水温度

●出水温度

●循环水的流量

●进风温度

●出风温度

●风量（风速）

●水阻

●风阻

6、计算整理描绘散热器散热性能的特征数据，存库和试验报告；

五、术语定义

1、水温差△tw：

进入散热器的水的进水温度（tw1）和出水温度的差（tw2）。

△tw=tw1-tw2，用度（℃）表示。

2、气温差△ta：

进入风筒的风的进口温度（ta1）和出口平均温度的差（tw2m）。

△ta=ta1-ta2m，用度（℃）表示。

3、水侧散热量Qw：

在试验状态下散热器水侧放出的热量。

Qw=[Gw×Cpw×（tw1-tw2）]/860（Kw）

4、风侧吸热量Qa：

在试验状态下风侧带出的热量。

Qa=[Ga×Cpa×（ta2m-ta1）]/860（Kw）

5、空气重度ra：

进入风筒的空气的单位重量。

ra=（0.464×B）/（273+ta1）。

用单位体积的重量（kg/m3）表示。

6、质量风速ra×va:

散热器前面的风速和空气单位体积的重量的乘积。

用每秒钟的单位的重量（kg/m2s）表示。

7、水流量Gw:

单位时间通过散热器的水流量，用每小时的重量（kg/h）表示。

8、液气总温差△twa:

进入散热器的水的进水温度（tw1）和进风温度的差（ta1）。

△twa=tw1-ta1，用度（℃）表示。

9、液气平均温差/△t：

进入散热器的水的进水、出水温度平均值与进入风筒的风的进口、出口平均温度的差。

/△t=（tw1+tw2-ta1-ta2m）/2。

用度（℃）表示。

10、热平衡误差：

是衡量风筒试验系统、试验方法、试件安装连接、试件性能的综合性能指标。

用度（%）表示。

11、标准散热器Qn：

换算成液气总温差△twa=60℃的水侧散热量。

Qn=（Qw×60）/（tw1-ta1）。

Kw（Kw=860Kcal/h）

六、风筒试验的筒体设计及材料选择

风筒按照JB2293-78（汽车、拖拉机风筒试验方法）标准，参考国外标准设计。

●风筒筒体总长度  11380~12180毫米；

●风筒收敛段直径    510    毫米；

●风筒轴线距地面    1300    毫米；

●风筒进风口形状按JB2293-78标准要求，r2=a2cos2θ的双纽线

轨迹；其中θ=0~22.5°；a=0.8D；L=（0.7~0.8）D；取D=600mm,

L=430mm

●风筒筒体由2.0毫米的不锈钢板焊接加工而成；

●风筒筒体分移动段、固定段两部分；

移动段包括：

进风口、收敛段、前测量段、圆-方过渡段；

进风口长度：

  430毫米；

收敛段长度：

  1600毫米；

前测量长度：

  150毫米；

圆-方过渡段长度：

  最长1600毫米，最短1200毫米；

移动段总长度：

3380~3780毫米；

固定段包括：

方-圆过渡段、后测量段、后平直段、扩压段、稳压段、挠性段；

方-圆过渡段长度：

最长1600毫米，最短1200毫米；

后测量段长度：

150毫米；

后平直段长度：

1000毫米；

扩压段长度：

  4000毫米；

稳压段长度：

  800毫米；

挠性段长度：

约850毫米；

固定段总长度：

8000~8400毫米；

    ●移动段设有防护网；

●扩压段设有整流网及整流格；

七、风机变频调速系统设计及设备

1、组成：

●选用离心锅炉风机G4-73-10D，额定转速1450转/分，送风量3.2~6.0万米3/小时，配套电机Y250M-4，55KW；

●选用日本富士公司变频调速器；

●在移动段的前测量段的截面上安装4个内径1.5毫米的测压孔，测压孔高度100毫米，圆形管将测压孔连接，一侧封闭，另一侧接风阻变送器；

●在移动段的前测量段的截面上安装1只温度传感器；

●在固定段的后测量段的截面上安装温度场温度传感器；

●在移动段的前测量段安装1只风速变送器；

2、性能特点：

●变频器直接拖动风机，调节变频器的频率，改变风机转速，风量跟随变化，达到风速调节的目的；

●变频器做动力源，启动平稳，提高了功率因数，有效地改善了风机的运行状态，节能效果显著；。

事只鸡112cos2min

●风速调节控制有二种工作方式：

自动方式：

按给定风速（风量）自动调节；

手动方式：

直接调整风机转速；

●风阻变送器测量出空气阻力△Pa（风阻）；

●风速变送器测量风筒中心风速Vc，计算平均风速Va，设给定风速Vg，风差△V=Va-Vg，作用于风机变频器控制单元，自动跟踪调节风机；

●移动段采用1只温度传感器。

出风温测量场温度传感器组成固定段风温测量场，高精密温度采集器能精确测出筒内进风温度ta1平均出风温度ta2m，风温差△ta=ta2m-ta1的采集、数字滤波、线性化处理；

●温度场传感器筒内布置

①直径为475毫米的圆环，

焊接5条等间距的水平

安装支架，按图示安装

温度传感器；

②焊接2条垂直支架；

③圆环安装在固定架上（筒体内部）。

3、测控思想：

（1）风速调节

①自动调节

●操作者由键盘录入试验风速值（给定风速），计算机通过D/A卡输出电流信号（4~20mA）送给变频器给定信号输入端；

●计算机采集风速变送器的信号，存库并通过D/A卡输出电流信号（4~20mA）送给变频器反馈信号输入端；

●合理设置变频器PID参数，使风机快速跟踪响应，稳定风筒风速（风量）。

②手动调节

●操作者由键盘录入试验风速值（给定风速），计算机通过D/A卡输出电流信号（4~20mA）送给变频器；

（2）风阻测量

●风阻测量采用微压高精度差压变送器，经乳胶管分别联接筒体移动段、固定段引出的测压孔；

（3）风温测量

●采用高精密温度采集器。

PT100铂电阻组成风温测量场；

（4）风速测量

  ●采用皮托管连接高精密微差压传感器进行测量。

八、循环水温度控制设计及设备

1、组成：

●保温水箱两个，大水箱容积1米3，小水箱容积0.25米3；

●循环水泵选用一体化不锈钢高温管道泵，额定转速1450转/分，送水量15米3/小时；（管道泵的最大流量应在30~32米3/h）

●选用日本富士公司变频调速器；

●大水箱电加热总功率150KW（2组×15KW×3加热管、2组×10KW×3加热管）；

●小水箱电加热总功率30KW（10KW×3加热管）；

●国产优质三相调功器；

●涡轮流量计；

●在试件的进水口处，安装1只温度传感器，测量进水温度；

●在试件的出水口处，安装1只温度传感器，测量出水温度；

●在试件进水口、出水口分别安装测压管，安装水阻变送器；

●自动给水装置；

●保温管道；

●过滤器；

●排气阀门；

●高温阀门；

2、性能特点：

●变频器直接拖动循环水泵，流量计测出循环水的流量Gw，设给定流量Gg，流差△G=Gw-Gg，作用于水泵变频器控制单元，自动跟踪调节水泵，达到流量调节的目的；

●变频器作动力源，启动平稳，提高了功率因数，有效地改善了水泵的运行状态；

●  流量调节控制有二种工作方式：

自动方式：

按给定流量自动调节；

手动方式：

直接调整水泵转速；

●加热管的控制分五组：

大水箱四组，小水箱一组；其中大水箱两组、小水箱一组使用调功器控制，大水箱另外两组手动控制；

●水箱自动给水控制；

●高精密温度采集器完成进水温度tw1、出水温度tw2、和水温差△tw=tw1-tw2的采集、数字滤波、线性化处理；

●液气总温差△twa=tw1-ta1,按标准要求△twa控制在60±5℃；循环水温度PID控制器的给定量60℃，反馈量是△twa，自动调节调功器的模拟量输入值，使循环水温度保持定值；

●水阻变送器测量水流阻力△pw（水阻）；

3、测控思想：

（1）流量调节

①自动调节

●操作者由键盘录入试验流量值（给定流量），计算机通过D/A卡输出电流信号（4~20mA）送给变频器给定信号输入端；

●计算机采集流量变送器的信号，存库并通过D/A卡输出电流信号（4~20mA）送给变频器反馈信号输入端；

●合理设置变频器PID参数，使水泵快速跟踪响应，稳定循环水的流量。

②手动调节

●操作者由键盘录入试验流量值（给定流量），计算机通过D/A卡输出电流信号（4~20mA）送给变频器；

（2）水阻测量

●水阻测量采用微压高精度差压变送器，经乳胶管（铜管）分别联接试件进水口、出水口引出的测压孔；

（3）水温测量

●采用高精密温度采集器，PT100铂电阻；

（4）水温控制

●大加热水箱安装4组加热管；小加热水箱安装1组30KW加热管；

●其中大水箱2组30KW加热管采用交流接触器控制，主要在试验前快速预加热，试验时停止。

●大水箱另外2组45KW加热管，小水箱1组30KW加热管使用调功器进行控制。

●试件容积较小时，调节循环管路的阀门，可只接入小加热水箱。

●测控系统根据进风温度，自动控制循环水温度，使液—气温差

△twa=60±3℃。

九、工业计算机测控系统

1、组成：

●研华工业控制机

赛阳CPU，2.0G主频/256M内存/40G硬盘/17寸显示器；

●进口彩色喷墨打印机；

●研华开关量I/O卡

●研华模拟量A/D卡；

●研华模拟量D/A卡；

●北京亚控组态王软件平台Kingview6.5；

●系统平台Windows2000；

●数据库；

●  采集软件；

●控制软件；

●风速二次仪表；

●高稳定线性电源；

●水泵控制器（自动/手动切换、手动流量调节器）；

●风机控制器（自动/手动切换、手动流量调节器）；

●加热控制器（自动/手动切换、手动加热调节器）；

●操作台。

2、性能特点：

●A/D卡采集风阻、水阻、风机转速、环境温度、大气压力；高精密水温度采集器、高精密风温度采集器、风速二次仪表；

●D/A卡标准输出4~20mA电流信号，调节风机、水泵的转速，控制调功器进行水温控制；

●I/O卡输出开关量信号，控制风机、水泵等设备的启动、停止等；

十、电气及配电

1、组成：

●配电柜

主要包括三相电源进线隔离开关、Uab电压表、三相电流表、各分柜的出线隔离开关、电源指示等。

●风机变频器柜

装有风机变频器、水泵变频器空气开关、交流接触器等。

●循环水加热柜。

主要包括调功器，空气开关、交流接触器等。

2、性能特点：

●分布式结构，就近安装；

●采集模块多主设计，同步响应，一致性好，故障率低；

●水泵、风机变频驱动，启动平稳，控制灵活，节能显著；