换热表面直接与间接测温的对比性实验研究

　　0　前　言

　　间接测温法确实是一种有效的测温方法,这已被大量的实验所证实。在已发表的大量文献[1、2]中,各国学者一般都是采用间接测温法测取壁面过热度。但是,当进行管式沸腾实验时,要在管壁上与轴线平行地钻较长的小孔几乎是不可能的,用间接测温法测量壁面过热度就变得十分困难了。目前,各国学者经常采用的管壁测温方式主要有开槽测温法、填焊法及小管法。尽管开槽测温法采用紧配合,但仍然可能产生接触热阻;填焊法其焊料的当量导热系数及焊料层厚度无法精确测量;小管法也有类似的问题。这些都会导致测量壁面温度的误差。因此,上述测温方法都存在一些局限。另一方面,这些方法使试验管制作工序复杂,使用很不方便,热电偶难于拆换。

　　作者不禁要提出这样的问题:是否能在表面上按一定方式直接埋设热电偶而准确地测量壁面温度呢?如果回答是肯定的,那么不仅可以节约实验费用,而且使试件加工制作容易,使用也简便。

　　1　直接测温法的误差分析

　　直接测温法的热电偶布置示意图如图1所示。热电偶位于被测表面上直径为d、深度为l的小孔中,热电偶感温头与小孔底部接触,用锡使热电偶固定。由直接测温法的热电偶布置方式造成的误差主要有热电偶导热误差及“核心”误差。

　　由于热电偶沿热流方向布置,温度梯度的存在必然使热电偶有轴向导热,从而产生测温误差。另一方面,由于直接测温法在表面上打孔,使表面状况发生变化,热电偶埋设处必然成为汽化核心。由于汽化核心处换热非常强烈,该处的壁温比其它地方的Tw低;如果这种壁温不均匀的扰动深度小于小孔的深度l,核心对测温的影响便可忽略不计。但是,由于这个问题非常复杂,要作理论求解是十分困难的;它可能是直接测温法的主要误差。

　　由于间接测温法被各国学者广泛采用,间接测温法是衡量直接测温法较为理想的比较依据。必须指出,间接测温法也不是十全十美的,也会产生测温误差,所以只能作一个相对的参考标准。张洪济[3]用映射法和电模拟研究间接测温误差,得到间接测温法的误差限εI=ΔTmax/ΔTI×100%,ΔTmax为间接测温法的最大绝对误差值,ΔTI为用间接测温法测量的壁面过热度。

　　为了比较直接测温法和间接测温法相对差别的大小,作者定义直接测温法和间接测温法的相对偏差为

　　εID为直接与间接法测量的壁面过热度的相对偏差,ΔTD为用直接测温法测量出的壁面过热度。

　　为了研究直接测温法的可靠性,采用了对比性实验研究的方法。用间接测温法和直接测温法同时测量池沸腾换热平表面壁面过热度,对两种测温方法的结果进行了比较研究。同时,用直接测温法进行三种不同管径的光管沸腾试验,并把实验结果与公认的Rohsenow公式[4]进行了比较: