连栋温室散热管道辐射涂层的热工性能研究.doc

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1、连栋温室散热管道辐射涂层的热工性能研究摘要：本文从连栋温室供热系统的节能要求出发，重点研究了常用的热水供热系统光管散热管道的热工性能在涂辐射涂层前后性能变化，及提高散热管道辐射换热特性对温室内热环境的影响，为设计经济合理的连栋温室提供依据。关键词：节能热工性能换热0前言　　连栋温室作为设施农业的主要组成部分，是农业现代化的重要标志之一。但由于连栋温室中的供热系统初投资和运行费用高，使连栋温室的发展受到了影响。如何提高设施农业的技术含量，降低温室运行的成本成为迫在眉睫的问题。目前连栋温室供热系统的散热设备，主要为常规散热器、光管散热管

2、道以及带肋片的散热管道，由于光管散热管道热器（包括带具有传热系数大，辐射换热量比例大，拆卸方便，可作为温室内做业的导轨，热管道作为散温度场均匀，垂直温差较小等特点。因此成为连栋温室中最常用的散热设备。本文着重研究提高光管散热管道的热工性能，并探讨降低连栋温室供热系统费用的可行性。　　1连栋温室供热系统常用光管散热管道的热工性能　　1.1理论分析的原始数据　　冬季室内的计算温度取花卉区的设计温度：tn=18℃。室外气温，取上海地区供暖室外计算温度tj=-2oC。　　设计供水温度，考虑到温度太高会伤害作物，宜取tg=80oC；设计回水温

3、度，取th=55oC；　　供、回水平均温度取供、回水温度的算术平均值67.5℃。　　散热管道材质为镀锌钢管，外径57mm，壁厚δ=3.5mm，λ=54W/m·K，散热管道内为受迫紊流流动换热　　1.2理论计算与分析　　由于散热管道管壁很薄，远小于钢管直径，因此在K值计算时，可近似为无限大平壁。根据文献[1],平壁的K值计算式为：　　　　W/m2.℃　　　（1）7　　式中：αn--散热管内表面的复合换热系数，W/m2·K；　　δ--散热管道壁厚，m；　　λ--散热管导热系数，W/m·K。　　αw=αc+αr　　αc–管外对流换热系数，

4、W/m2·K；　　αr–管外辐射换热系数，W/m2·K；　　根据传热学原理，K值主要取决于αw，可认为K≈αw,从文献[2]得计算结果得到：　　αc=6.91，αc=2.22，K≈αw=9.13　　辐射因素所占的比例为　　2涂镀辐射涂层的光管散热管道的热工性能分析　　在常用光管外壁面发射率较低的情况下（计算时取发射率=0.28），辐射散热在总的散热中仍占较大的比例，为此我们设想在光管散热管道表面涂镀发射率较高的红外辐射涂料来增强辐射换热，从而达到提高光管散热管道的热工性能的目的。　　2.1辐射涂层的特性及其基本要求　　2.1.1涂料

5、自身的辐射性能：　　1)材料结构与辐射性能的关系。不同材料的发射率不同。一般来说金属导电体的数值较小；电解质材料的数值较高。　　2)温度与辐射性能的关系。金属材料的发射率通常随温度上升而增加；电解质材料的发射率则与温度没有固定的相互关系。　　3)材料表面状态与辐射性能的关系。一般来说，材料表面越粗糙，其发射率值越大，这种情况对金属比对电介质材料更为显著。　　4)辐射特性随工作时间的变化。金属材料由于氧化作用，其发射率通常会随工作时间增加而提高；而某些电解质材料由于晶体结构将发生改变，其发射率反而将随工作时间增加而下降。　　2.1.2

6、涂层材料用于温室工程的要求：　　1)防水防腐要求；2)不影响温室内作物的生长；3)无毒无害；4)价格适中，施工方便。　　2.1.3示范材料的选择：7　　根据涂料自身的辐射性能和温室工程的要求，在实验中采用上海某涂料制造有限公司试制的红外辐射涂料作为示范涂料。涂料主要成分及基本参数如下：　　主要成分(按质量百分比)：硫化铅--20%，氧化锆--20%，稀释剂—60%；　　涂层厚度：0.3mm；导热系数λ’:约0.5～0.8W/m·K；　　发射率：在连栋温室的温度工况下，涂料的发射率=0.91～0.93。计算时取=0.92　　2.2有辐

7、射涂层的光热管道热工性能分析　　散热管道近视为无限大平壁。根据文献[1]，K值计算式为：　　　　　W/m2.℃　　　（2）　　δ'--涂料厚度，m；　　λ'–涂料导热系数，W/m·K。　　','--有涂料的散热管内，外表面的复合换热系数，W/m2·K；　　由于涂层很薄，δ'/λ'≈0。外壁涂层对内壁换热情况的影响很小，因此，外壁涂层对内壁换热系数αn’基本无影响，可认为αn’=αn；　　散热管外表面的对流换热系数仍为αw’=αc’+αr’　　由于外壁的对流换热形式是自然对流换热，因此换热系数与表面涂层情况及壁面粗糙度无关，仅与壁面温

8、度和周围空气温度以及定型尺寸有关。在壁面温度和周围空气温度及定型尺寸不变的条件下，管外对流换热系数不变。　　在温度条件不变的工况下，辐射换热系数仅与发射率有关，　　　　则：　　所以K'=α’=7.29+6.91=14.20W/m2·K