尺寸较厚
,
作为上端盖和下端盖的封闭作用外
,
还有隔
热的作用
。
在试验的过程中
,
导热筒需要有较好的导
热性能
,
所以采用导热性能较好的铝材
,
并且设计厚度
也较薄
,
壁厚只有
1 mm。
装置示意图如图
1。
1.
上端盖
; 2.
加热带
; 3.
导热桶
; 4.
探针
; 5.
下端盖
图
1摇
导热系数测定装置示意图
Fig. 1摇 Thermal conductivity measuring system diagram
1郾 3摇
试验方法
1)
用自热米饭将导热系数测量筒填满
,
盖好上
下端盖
,
用加热带将导热系数测量筒全包裹
。
2)
将热电偶一端连接到
TWC -2A
型多路温度
测试仪上
,
另一端插入导热系数测量筒中米饭的中
心位置
;
再连接一热电偶测量环境温度
。
3)
调试
TWC -2A
型多路温度测试仪
、 TWC_
Serial
测温软件
。
4)
打开
TWC_Serial
测温软件
,
记录环境温度
;
再将加热带接通电源
,
实时记录米饭中心温度
,
记录时
间为
1 200 s,
绘制米饭中心温度曲线
,
以时间为横坐标
,
米饭中心温度为纵坐标
,
试验数据曲线如图
2。
图
2摇
导热系数曲线比对
Fig. 2摇 Comparison diagram of thermal conductivity curves
5)
在
FLUENT
中建立导热系数测定装置仿真模
型
,
参照文献中米饭导热系数
0郾 694 W·(m·K)
-1 [8 -9]
,
同时取导热系数为
0郾 3,0郾 7,1郾 0 W·(m·K)
- 1
,
对模
型分别进行计算
,
绘制米饭中心温度曲线
。
2摇
仿真建模
导热系数测定装置的本质是热量在物体内部相
邻部分之间的传递
,
加热带接通电源
,
释放热量
,
热量
直接以热传导的方式传递到铝壳
,
热量再由铝壳传递
到铝壳中米饭各个部分
,
满足热传导现象导热方程
:
籽c
鄣
T
鄣
t
=
鄣
鄣
(
x 姿
鄣
T
鄣
)
x
+
鄣
鄣
(
y 姿
鄣
T
鄣
)
y
+
鄣
鄣
(
z 姿
鄣
T
鄣
)
z
+
椎
·
,
(2)
式
(2)
中
,
籽
、
c
、
t
、
T
、
椎
·
、
姿
分别代表密度
(kg / m
3
)、
比
热容
( J·( kg·K)
- 1
)、
时间
( s)、
温度
( K)、
发热率
(W / m
3
)
和导热系数
(W·(m·K)
- 1
)。
导热系数测定装置除了内部存在热传导现象
外
,
加热带外表面
、
顶盖外表面
、
底盖外表面与环境
之间存在对流换热现象
。
对流现象是借温度不同的
各部分流体发生扰动和混合而引起的热量转移
。
对
流传热的基本计算式是牛顿冷却公式
,
可表示为
:
椎
=
hA
驻
T
,
(3)
式
(3)
中
,
椎
为换热量
(W),
比例系数
h
称为表面传
热系数
(W·( m
2
·K)
- 1
) (
又常称为对流换热系
数
);驻
T
为温差
(K),
约定永远取正值
;
A
为对流换
热面积
(m
2
)。
本文仿真建模必须完整地体现导热系数测定装
置在工作状态下热传导和对流换热现象
。
2郾 1摇
建立模型
设计的导热系数测定装置包括铝壳
、
米饭
、
顶
盖
、
底盖
、
加热带
,
加热带缠绕在铝壳外
,
为了加快铝
壳外面加热带的热量传递到米饭
,
装载米饭的铝壳
比较薄
,
厚度为
1 mm,
为了尽量减小热量散失
,
顶盖
和底盖采用导热性能较弱的硅橡胶
。
运用
ANSYS ICEM CFD
对导热系数测定装置
划分网格
,
如图
3,
单元数
7 344,
节点数
8 260。
2郾 2摇
材料参数
为了得到米饭较为准确的导热系数
,
在仿真过
程中要求模型中其他材料的热物性参数准确
。
导热
系数测定装置的铝壳所用的铝材型号为
2A12,
顶
盖
、
底盖所用的材料为硅橡胶
,
米饭的密度
、
比热容
也已通过试验得到了较为准确的数据
,
如表
1。
3摇
结果分析
FLUENT
软件是世界领先的
CFD
软件
,
凡是和
86
食品科学技术学报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
摇 2015
年
3
月
