姜道珠，魯墨森，劉曉輝，魯 榮

（1．山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東淄博255091；2．山東省果樹研究所，山東泰安271000；3．一新保鮮設(shè)備廠，山東泰安271000）

1 實驗設(shè)備與方法

1．1 實驗設(shè)備

以冷庫的小型冷風(fēng)機(jī)為例，蒸發(fā)器的外形結(jié)構(gòu)尺寸為740mm×420mm×250mm（長×寬×高），采用鋁合金制脹管翅片．圖1為蒸發(fā)器圖片．

圖1 蒸發(fā)器

1．2 實驗測溫系統(tǒng)

實驗采用熱鍍錫膜銅－康銅熱電偶測量溫度．熱鍍錫膜銅－康銅熱電偶在±100℃范圍內(nèi)，以裸測頭和小型保護(hù)管測頭更能突出熱電偶的高靈敏度特點，在微變動態(tài)溫度測量中優(yōu)勢突出［4]．換熱翅片管是翅片管簇式蒸發(fā)器的核心部件，其性能的好壞直接影響蒸發(fā)器整套裝置的換熱性能，因此選擇有代表性的位置點將18組熱鍍錫膜銅－康銅熱電偶布置在蒸發(fā)器片管間，微型測頭緊貼管壁，實時監(jiān)測管外的溫度動態(tài)過程．蒸發(fā)器的三維測溫點布局如圖2所示．

圖2 蒸發(fā)器的測溫點布局圖

1．3 實驗數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)

利用LU－R／C2100無紙記錄儀改制的高靈敏度多通道微伏級數(shù)據(jù)采集處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲工作．記錄儀可接入多路熱電偶熱電勢信號輸入，每個控制板有獨立的信號輸入、主輸出和報警輸出，能夠?qū)崟r記錄監(jiān)測所測項目溫度的微變動態(tài)過程；采用USB接口技術(shù)，可直接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到U盤，通過上位機(jī)U盤工具軟件將所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出存檔．因采集數(shù)據(jù)為微伏級（μV）熱電勢信號，故需先將數(shù)據(jù)存儲到Excel數(shù)據(jù)庫中，具體求解程序的流程圖如圖3所示．然后通過電勢值與溫度轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型［5]轉(zhuǎn)換成溫度值做進(jìn)一步分析處理．

圖3 計算程序流程圖

2 實驗?zāi)Ｐ?/h2>

根據(jù)實驗要求的精度的不同，安裝的測溫點的數(shù)目有所不同．在蒸發(fā)器的測溫點分布并不規(guī)則的情況下，采用griddata3作為插值估算函數(shù)

利用griddata3函數(shù)繪制蒸發(fā)器三維溫度場的基本方法如下：

（1）建立蒸發(fā)器18個測溫點的溫度矩陣（x，y，z），其中x，y，z的具體設(shè)置如下

x＝［18，18，18，18，18，18，18，18，18，0，0，0，0，0，0，0，0，0]T；

y＝［74，74，74，37，37，37，0，0，0，74，74，74，37，37，37，0，0，0]T；

z＝［36，18，0，36，18，0，36，18，0，36，18，0，36，18，0，36，18，0]T；

（2）利用MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)測溫點熱電勢值與溫度值之間的轉(zhuǎn)換．設(shè)對應(yīng)于18個測溫點的熱電勢矩陣為V，則V必定為1×18的矩陣，由于每個熱電勢值對應(yīng)一個溫度值，所以計算后得到的各坐標(biāo)矩陣以由下到上、從前向后的順序填寫．溫度矩陣T也必定為1×18的矩陣．

（3）調(diào)用meshgrid函數(shù)構(gòu)造要估算的所有點坐標(biāo)矩陣（xi，yi，zi），其均勻網(wǎng)格化坐標(biāo)空間，生成三維容積圖．假設(shè)坐標(biāo)（xi，yi，zi）對應(yīng)的溫度值矩陣為Ti，則Ti可由下式估算得出．

Ti＝griddata3（x，y，z，T，xi，yi，zi）

（4）調(diào)用slice切片函數(shù)和contourslice四維切片輪廓線函數(shù)繪制該蒸發(fā)器的三維溫度場．

（5）調(diào)用rotate3d函數(shù)可多視角觀測蒸發(fā)器三維溫度場的變化．

3 實驗結(jié)果分析

圖4給出了0℃冷庫的冷風(fēng)機(jī)蒸發(fā)器一個時段的三維立體溫度場分布情況．其右邊中部為氟利昂進(jìn)液口，其值為－8℃左右，它是蒸發(fā)器低溫附近區(qū)域．其左端溫度相對有所升高，達(dá)到－3℃左右，表明了蒸發(fā)器不同位置的換熱狀況．

圖4 蒸發(fā)器三維溫度場

圖5所示為蒸發(fā)器的三維立體溫度場的內(nèi)部切片圖，分別以不同的視角展示了蒸發(fā)器溫度場的內(nèi)部變化情況．利用MATLAB軟件slice切片函數(shù)可實現(xiàn)蒸發(fā)器三維立體溫度場模型的內(nèi)部切片處理．

4 結(jié)論與討論

1）借助于MATLAB的計算功能，可以很方便的實現(xiàn)熱電偶熱電勢信號值轉(zhuǎn)換為溫度值問題的求解．利用MATLAB軟件的繪制三維圖功能，可進(jìn)行蒸發(fā)器溫度場分析，并在三維空間顯示溫度的具體變化情況．

圖5 不同視角的蒸發(fā)器溫度場切片圖

2）三維溫度場內(nèi)部切片模型通過表面已知測溫點對蒸發(fā)器內(nèi)部溫度進(jìn)行逼近擬合．此外，蒸發(fā)器三維溫度場是一個瞬時的過程，為更好的探討蒸發(fā)器換熱特性，對其在多個時段和不同的蒸發(fā)狀態(tài)對溫度場的變化還需要進(jìn)一步大量的實驗研究．

［1] 魯墨森，劉曉輝，魯榮．多效冷凝制冷機(jī)組的研制及其在中小型冷庫上的應(yīng)用［J] ．落葉果樹，2009，41（6）：36－39．

［2] 康三江．淺議國內(nèi)外冷庫行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢［J] ．保鮮與加工，2006，6（3）：1－3．

［3] 張保生．中國冷庫的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J] ．制冷與空調(diào)，2003（2）：21－24．

［4] 劉曉輝，魯墨森．銅－康銅熱電偶的熱鍍錫膜工藝和測溫特性分析［J] ．計量與測試技術(shù)，2009，36（11）：3－5．

［5] 劉曉輝，魯墨森，譚婷婷．銅－康銅測溫?zé)犭娕嫉闹谱骱蜆?biāo)定［J] ．落葉果樹，2009，41（5）：34－37．

［6] 蘇金明，阮沈勇．MAILAB實用教程［M] ．北京：電子工業(yè)出版社，2005．

［7] 岡薩雷斯．?dāng)?shù)字圖像處理［M] ．北京：電子工業(yè)出版社，2006．

［8] 于潤偉．MATLAB基礎(chǔ)及應(yīng)用［M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

［9] 任玉杰．?dāng)?shù)值分析及其MATLAB實現(xiàn)［M] ．MATLAB6．X，7．X版．北京：高等教育出版社，2007．

［10] 劉曉輝，姜道珠，魯墨森．制冷機(jī)組冷凝器的三維溫度場分析．南昌大學(xué)學(xué)報：工科版，2011，33（2）：181－184．