李緒泉 楊琦 黃禎 張雙喜

青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院

雙排鋼柱型橢圓管采暖散熱器作為供暖系統(tǒng)的末端裝置，與熱媒、熱源及供暖管道一并組成供暖系統(tǒng)，并承擔(dān)著將熱媒攜帶的熱量傳遞至室內(nèi)的任務(wù)。鋼制散熱器傳給室內(nèi)的熱量主要分為兩部分：散熱器外表面以對(duì)流換熱的形式傳給周圍空氣。外表面以輻射的形式散發(fā)輻射熱。以往測(cè)量鋼制散熱器的散熱量須在采暖實(shí)驗(yàn)室，利用采暖散熱器熱工性能檢測(cè)臺(tái)在不同工況下、采用變流量的方法進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)工作量較大。根據(jù)單排橢圓管散熱器散熱量[1]和有關(guān)單排橢圓管型散熱器管徑優(yōu)化的研究[2]，為了更加方便快捷計(jì)算雙排鋼柱型橢圓管散熱器的散熱量，代替?zhèn)鹘y(tǒng)由采暖散熱器實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試而擬合的公式（Q=a△tb）[3]，對(duì)該類散熱器擬合公式進(jìn)行了研究。

1 雙排鋼柱型橢圓管散熱器

雙排鋼柱型橢圓管散熱器的實(shí)物構(gòu)造與外形尺寸如圖1 所示，此類散熱器采用優(yōu)質(zhì)低碳素鋼，散熱部件為兩列橫截面呈橢圓形的立水管，運(yùn)用氬弧焊自動(dòng)焊接生產(chǎn)，整體無(wú)焊縫片頭與橢圓管直接焊接，相比于鑄鐵散熱器具有金屬?gòu)?qiáng)度高、承壓能力強(qiáng)、占地小和便于布置等特點(diǎn)。橢圓立管的長(zhǎng)軸與短軸約為2:1，目前市面上的雙排鋼柱型橢圓管散熱器有50×25 mm、60×30 mm、70×30 mm 等。本文對(duì)不同寬度、柱距、中心距、長(zhǎng)短軸的該類散熱器進(jìn)行了散熱量的實(shí)驗(yàn)測(cè)定。雙排鋼柱型橢圓管散熱器的縮位標(biāo)記如圖2 示，型號(hào)示例：GZ2-500-1.5/0.8 表示同側(cè)進(jìn)出口中心距為500 mm，散熱器成品流道最小壁厚1.5 mm，工作壓力為0.8 MPa 的雙排鋼柱型橢圓管散熱器。

圖1 雙排鋼柱型橢圓管散熱器外形尺寸圖

圖2 雙排鋼柱型橢圓管散熱器縮位標(biāo)記法示意圖

2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)及其測(cè)定

實(shí)驗(yàn)基于青島理工大學(xué)暖通實(shí)驗(yàn)室，按照最新GB/T13754-2017《供暖散熱器熱量測(cè)定方法》[4]的規(guī)定，對(duì)散熱器的熱工性能進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)裝置圖如圖3 所示：

圖3 采暖散熱器熱工性能檢測(cè)裝置圖

此檢測(cè)裝置的主要功能：測(cè)試散熱器的熱工性能；測(cè)試小型水—水式換熱器；測(cè)試小型水—空氣換熱器。實(shí)驗(yàn)臺(tái)各項(xiàng)性能指標(biāo)如下：熱媒進(jìn)出溫度40～95，精度±0.2；熱媒流量5～400 kg/h，精度±1%[5]；密閉小室內(nèi)空氣溫度17～19 ℃，精度±0.1。

實(shí)驗(yàn)對(duì)散熱量的檢測(cè)采用變熱供、回水口溫度和變熱水流量的方法。測(cè)試要求必須是在熱水循環(huán)系統(tǒng)和密閉小室的環(huán)境全部達(dá)到穩(wěn)態(tài)后才能進(jìn)行，并在檢測(cè)的全過(guò)程中始終維持。當(dāng)至少6 次連續(xù)等時(shí)間間隔上（總時(shí)間不少于1 h）的取值與所取平均值的波動(dòng)誤差不超過(guò)所規(guī)定[6]的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到，并保持穩(wěn)定條件在測(cè)試過(guò)程中。開(kāi)始試驗(yàn)后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中浮子流量計(jì)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，通過(guò)稱重法確定熱水的流量在范圍10～100 kg/h 之間的某一個(gè)值，規(guī)定波動(dòng)值±0.2%。調(diào)節(jié)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的送風(fēng)溫度與風(fēng)冷加熱器，使密閉小室基準(zhǔn)溫度值穩(wěn)定在17～19 ℃之間，波動(dòng)值在±0.1 ℃上下。散熱器的實(shí)驗(yàn)測(cè)定至少須在3 種不同的流量下進(jìn)行，在此基礎(chǔ)上，分別測(cè)試散熱器供回水口熱水平均溫度在50±5 ℃、65±5 ℃、80±5 ℃3 個(gè)不同工況的散熱量，根據(jù)每個(gè)工況測(cè)得的結(jié)果，利用二元線性回歸方程方法計(jì)算散熱量Q1與計(jì)算溫差函數(shù)關(guān)系。

3 實(shí)驗(yàn)散熱量測(cè)定結(jié)果與數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)選取市面上不同柱數(shù)，柱距，中心距和寬度，長(zhǎng)短軸為50×25 mm 和60×30 mm 的雙排鋼柱型橢圓管散熱器進(jìn)行散熱量測(cè)定，散熱器主要通過(guò)橢圓立管外表面進(jìn)行自然對(duì)流換熱與輻射換熱，對(duì)于橢圓管長(zhǎng)短軸為50×25 mm 和60×30 mm 的兩種散熱器，影響散熱量的決定性的因素為散熱器的中心距H1，柱距L1，散熱器的寬度B（H1、L1、B 的單位均為m）及散熱器的柱數(shù)n，其它因素對(duì)于散熱影響可忽略不計(jì)，不難得出雙排鋼柱型橢圓管散熱器總散熱量Q 與以上四種定型尺寸的函數(shù)關(guān)系：

由文獻(xiàn)[7]中的相似原理得到本文提出的擬合經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：α1，α2，α3，α4為代求參數(shù)，需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。由表1 和式(2)，利用MATLAB[8]軟件，基于最小二乘法的原理[9]確定此值，得出雙排鋼柱型橢圓管散熱器在△t=44.5 ℃下的散熱量的擬合公式：

利用式（3）計(jì)算表1 中不同散熱器廠家生產(chǎn)的雙排鋼柱型橢圓管散熱器的散熱量，計(jì)算結(jié)果Q1與實(shí)驗(yàn)數(shù)值的比較，求得相對(duì)計(jì)算偏差e=Q-Q1/Q，結(jié)果分析見(jiàn)表1：

表1 橢圓管型散熱器總散熱量試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果分析（△t=44.5 ℃）

4 擬合公式的驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述公式(3)的準(zhǔn)確性，抽取10組不同廠家生產(chǎn)的長(zhǎng)短軸為50×25 mm 和60×30 mm的雙排鋼柱型橢圓管散熱器進(jìn)行試驗(yàn)，具體分析結(jié)果見(jiàn)表2：

表2 標(biāo)準(zhǔn)散熱量與擬合散熱量對(duì)比（△t=44.5 ℃）

5 結(jié)論

1）從表1 和表2 可看出散熱量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與擬合公式相對(duì)偏差最小為0.049%，最大為9.34%，均在10%允許范圍之內(nèi)，可滿足工程上對(duì)雙排鋼柱型橢圓管散熱器散熱量的計(jì)算需要，為該類散熱器的設(shè)計(jì)選用提供了方便。

2）由于不同散熱器廠家、不同試驗(yàn)檢測(cè)臺(tái)、同種規(guī)格類型的散熱器檢測(cè)結(jié)可能存在差異，本文也對(duì)不同散熱器廠家生產(chǎn)的同種規(guī)格的雙排鋼柱型橢圓管散熱器進(jìn)行了抽樣驗(yàn)證，結(jié)果顯示散熱量計(jì)算的偏差均在10%之內(nèi)，因而式（3）對(duì)于長(zhǎng)短軸為50×25 mm 和60×30 mm 的雙排鋼柱型橢圓管散熱器具有較大的實(shí)用性。