圆钢管柱式散热器的优化

发布时间：2017-01-05 08:17

第1章绪论

1.1引言
对全世界而言，不可再生能源的储量中，煤炭相对丰富而石油天然气则相对不足。中国是一个煤炭使用大国，我国现今住宅的采暖年煤耗量指标28kg/㎡·an。在我国的北京天津等地区的冬季建筑物采暖的能耗量大约占同时期全地区总能耗的40%，而在更高维度的东北等地区所占比例更高。由于我国人口基数大，生活水平的提高，对于冬季采暖的能耗是非常庞大的。综合考虑多种因素，只有煤炭的比较适合的能源材料，因此在中国采用煤炭作为基本能源是一种必然，而非偶然。中国的城市集中供热可以追溯到50年代，通过长时间的摸索和努力，现在我国城市集中供热方面取得了显著地成果，为提高能源利用率，减少环境污染做出了重要贡献。同时，它还促进了经济的快速发展，改善和提高了人民大众的生活质量水平。据可靠资料记载我国90年代初期的集中供热面积约2.1亿平方米，而在90年代末期集中供热的面积约达8.6亿平方米。根据数据显示我们可以看出在短短10年里，集中供热的发展势头相当迅猛。同时，集中供热的供应方向还从三北地区向南面发展，普及率由年逐次提高，三北地区额集中供热普及率达30%以上。但由于生产技术以及装备水平的限制，仍然存在很多问题。散热器的历史追溯最早应该到1890年左右，其所用的散热器就是现代散热器的雏形也就是柱形。但当时由于对钢材质掌握还不具备，所以都是采用铸铁材质。随着时间的推移到了1900-1920年代，散热器取暖形式的优越性、方便性、舒适性被其广泛认可和使用，但直到1920-1930年代间散热器才第一次革命性的产出了单柱钢制散热器，这就是我们现在所讲的——“钢制柱式散热器”的最初问世。它明显的提高了生产能力和较大满足了社会对供暖设备的基本需求。钢制柱式散热器主要由走水部分和对流片组成，其主要是水暖，将水作为热媒载体，以散热器钢材为导体首先作用于空气加热然后带动空间温度上升已达到取暖目的。钢制柱式散热器的散热效果主要与散热器内部的热媒温度和外部空气温度以及与空气接触的面积还有空气流速等有关。所以热媒来源的温度高低也直接和根本上决定和影响散热器的实际使用效果。我国真正引入与生产钢制柱式散热器最早在1996年以后，随着超声波自动焊接(激光焊)工艺的普及和焊接成本降低，国内生产厂商经过生产设备改造，技术整合，大胆采用色彩，运用文化底蕴和卓越的创造力，以专业的国际化设计理念，创造出装饰性与采暖功能完美结合的现代钢质柱式散热器。
.........

1.2 供暖散热器产品的现状
散热器向室内传递热量的主要方式是对流换热和辐射换热。中国的供暖系统中散热器是系统中很重要的组成部分，其设计理念以及工艺等情况直接影响了其是否节能，是否对环境造成污染。以下是我国的各式散热器及其特点：钢制散热器在国内流行使用有 30 年的历史，其优点主要体现在热工性能好，耐高压，耐腐蚀，体轻而薄，安装维修简便，装饰性强等。目前，钢制散热器在实际生产生活中也出现了许多问题。例如，部分产品在一定条件下出现了腐蚀，漏水现象，其主要原因在于很难控制水中含氧量。我国现阶段的国家标准中尚没有对于水质进行具体要求，没有一个明确统一的标准。同时按照现在实行的几个行业标准都没有对锅炉除氧的要求，因此钢制散热器的进一步使用还需要更佳完善的社会体制和国家标准。另一方面，我国同欧洲北美等地区相比，生产流程工艺还相对落后，因此不断地改进散热器的生产工艺是我国现阶段亟待解决的问题。此外，钢制散热器的使用寿命得到保证。钢制散热器的使用寿命国家标准 GB50096-1999《住宅设计规范》中规定“住宅的散热器应采用体型紧凑，便于清扫，使用寿命不低于钢管的形式。”换句话说，散热器的寿命应该长于或等于采暖管道寿命。对于钢制散热器，除了其出厂本身的抗腐蚀性外，用户的保养也成为一种关键性因素。在我国的暖通设计规范修订中要求“采用钢制散热器时，应采用闭式系统，并满足产品对水质的要求，在非采暖季节应充水保养”在我国的多个地区由于采暖系统在非采暖季没有做到充水保养。此外，在蒸汽供暖系统中不应采用钢制散热器，对于具有腐蚀性气体的作业空间或相对湿度较大的房间，不应设置钢制散热器。 
...........

第 2 章 圆钢管柱式散热器的理论分析与计算

2.1 圆钢管柱式散热器的结构
本文所研究的散热器是圆钢管柱式散热器，其特点为：采暖系统中的主要散热部件由若干并列的钢制圆管组成，其金属热强度高，在提高经意效益的同时保证了足够的散热量。钢管两侧分别焊接有两个方形立管提供供、回水。另节点处必须采用焊接这样既提高了散热器的承压能力又使散热器的整体刚性提高很好的满足了我国现阶段的标准。
.......

2.2 圆钢管柱散热器的传热计算分析

热水介质的热量通过对流换热的方式将热量传递给钢管内壁，之后钢管内壁通过导热的方式将热量传递到钢管外壁。而热量向散热器外部散发则是由两部分构成：一部分由钢管外壁通过自然对流的方式向室内空气散发热量；另一部分则是通过和管壁四周物体的辐射换热进行，之后其他物体再通过对流换热和辐射换热向空气散发热量。

..........

第3章圆钢管柱式散热器的实验测试.........54
3.1实验部分介绍........54
3.1.1实验装置........54
3.1.2散热器样本的准备与安装........55
3.1.3实验方法........55
3.2实验测试结果的处理........57
3.3实验误差分析........60
3.3.1影响实验造成误差的因素........60
3.3.2综合误差分析60
3.4本章小结........60
第4章圆钢管柱式散热器优化设计的技术经济分析........61
4.1圆钢管柱式散热器的技术分析........61
4.2圆钢管柱式散热器的经济分析........63
4.3本章小结........64
第5章结论与展望........65

第 4 章 圆钢管柱式散热器优化设计的技术经济分析

圆钢管柱式散热器属于美观，，高效，节能，环保的产品，其金属刚性强度大能够承受外界一定程度上的撞击，其次其导热性能良好明显优于铸铁式散热器，散热效率高。此外在我国钢式散热器已经具有了相当的规模，其发展前景广阔，在国内迅速发展。较其他类型的产品，列入铜，铝等造价昂贵的金属，钢制产品更能符合投资者经济性能的要求。 

4.1 圆钢管柱式散热器的技术分析 
结合我国现阶段的能源利用情况，冬季采暖是其中一个很重要的环节。煤炭的使用加大了对于环境的污染以及对大自然的损坏，如何能高效利用能源是重之又重的艰巨任务；其次，在我国目前情况下，分户计量措施还未得到有效的完善，这对于提高人们的节能环保意思发生了阻碍作用；再者，由于我国目前的供暖水质尚无明确的统一标准，这就使得集中供热水质难以控制，造成了严重的散热器腐蚀现象。 圆钢管柱式散热器其主要不利因素在于其寿命较铸铁，铝合金式等散热器短。影响其寿命的主要因素在于水质对散热器的腐蚀。目前我国没有较完善统一的标准。对于锅炉直供的采暖系统，应当服从对于锅炉的保护，按 GB1576-2001[26]，工业锅炉水质中的有关规定采用（PH=10～12，O2≤0.1mg/L 等）；而对换热器供热的采暖系统，应当按闭式工业循环冷却水的相应标准采用。
..........

结论

本次设计中圆钢管柱式散热器是根据国家标准以及实验样品的实际参数来进行理论计算，数值分析，以及实验测定的。但是由于本次设计是在理想假设的情况下计算的，所以明确以下几点：
1.  本次设计计算中未考虑散热器两立管间的辐射换热量以及立管与恒管间的辐射换热，所以 Q 辐射值是偏大的，通过理论计算值和实际检验值可以看出基本符合该假设。 
2.  本次设计理论计算是在忽略管道内水利不平衡条件下进行的，并取各个管道内的流速相同且因检验时高位差带来的诸多因素互不影响。 
3.  通过散热器散热量的理论计算和实际测量对比分析可以看出，其误差居于2%~7%之间。而在其中辐射换热量对于整体的误差分析起到决定性作用。对于散热器表面辐射率的选择过程中应当考虑辐射率随着不同的温度其值发生很大变化，所以辐射率是不可以忽略的一个重要因素。 
.........
参考文献(略)

本文编号：234618