方舱传热系数试验结果的不确定度评定

高温流体通过固体壁把热量传递给低温流体的过程称为传热过程。除了热量通过固体壁的导热外，流体与壁面之间的热量传递，根据流体的性质和温度的高低，则包括对流换热和可能存在的辐射换热［1］。因此，传热过程往往包括两种或三种热传递的基本方式。

图 1 ( a) 表示方舱舱壁的一部分。由于舱窗面积相对较小，厚度远小于其他尺度，故在分析时可把舱窗作为平壁处理。图 1 中，面积为 A 的平壁左侧环境温度为 tf 1，平壁右侧环境温度为 tf 2，平壁两侧的壁温 tw1和 tw2未知。通常认为导热系数 λ 较大的平壁，当壁厚 δ 小于壁高和壁宽的 1/10 时，可按照一维导热分析。

图 1 为从左侧到右侧的一维 ( x 向) 传热。整个传热过程由三部分组成，即平壁左侧环境与左侧壁面间的辐射和对流换热同时作用的复合换热、通过单层平壁的导热以及右侧壁面与右侧环境的对流换热。所分析的过程属于稳态，故从平壁左侧环境到左侧壁面的换热量，通过平壁的导热量和从右侧壁面到右侧环境的换热量 Q 均应相等，即

由式 ( 1) 可求出热流量和左、右侧壁温 tw1、tw2。Q 值为：

式 ( 2) 中 Ra1、Rλ、Ra2为从左侧至右侧的三个局部热阻，其中为辐射和对流换热的复合热阻，Rk为传热过程的总热阻，它是三个局部热阻之和，见图 1 ( b) 。

式 ( 2) 常表示为

式 ( 2) 称为传热方程式，比例系数 K 为传热系数，单位为 W/( m2·℃) 。传热计算中，由于流体温度较壁面温度容易测定，所以通常采用 ( 3) 式，由( 3) 式可知，传热系数。在方舱传热系数试验中，舱内采用三组加热器加热，四台风扇( 每台功率50W) 用来保证舱内环境温度均匀，因此，方舱传热系数的数学模型表示为:

式中: K 为传热系数; P 为总功耗; A 为方舱名义内表面总面积; t1为舱内平均温度; t2为舱外平均温度; U 为加热器电压; I 为加热器电流; L 为方舱内部长度; W 为方舱内部宽度; H 为方舱内部高度。

2 不确定度来源分析

由数学模型，主要不确定度来源有以下几种: 舱内温度测量引入的不确定度 u( t1) ; 舱外温度测量引入的不确定度 u( t2) ; 方舱内部长度测量引入的不确定度 u ( L) ; 方舱内部宽度测量引入的不确定度u( W) ; 方舱内部高度测量引入的不确定度 u( H) ; 电压 A 测量引入的不确定度 u( UA) ; 电流 A 测量引入的不确定度 u( IA) ; 电压 B 测量引入的不确定度u( UB) ; 电流 B 测量引入的不确定度 u( IB) ; 电压 C测量引入的不确定度 u( UC) ; 电流 C 测量引入的不确定度u( IC) 。

3 不确定度分量计算