一种耐压壳体水下复合传热系数测试系统及测试方法与流程

本发明涉及船舶壳体测试，具体涉及一种耐压壳体水下复合传热系数测试系统及测试方法。

背景技术：

1、渗入热通常用来代表船体通过耐压壳体与外界海水或空气环境进行热交换的能力，是船舶空调系统热负荷计算时的重要组成部分。当渗入热为负值时，表明舱室通过耐压壳体向外界散热；当渗入热为正值时，表明外界通过耐压壳体向舱内传热。根据渗入热的计算公式，影响耐压壳体散热能力有三大因素，分别是传热结构的复合传热系数、传热面积和内外换热温差。这三个因素中，传热面积和内外换热温差都是可以精确量化的，而复合传热系数由于耐压体上敷设的隔热层厚度不同会有所改变，为了能够在空调的设计过程中得到准确的热负荷值，需要对耐压壳体水下复合传热系数进行测试。

2、同时，舰艇空调系统在设计过程中要尽量精确统计出空调系统在水下工况下的热负荷。从声学控制方面希望空调系统的热负荷统计准确，热负荷统计过大时需要空调系统交换的热量变大，空调风机、冷水机组、冷媒水泵等辅机设备的体积、重量、功率相应增大，管路的管径和管内空气流速也会变化，这给整个空调系统噪声和振动控制带来难度。在空调热负荷的组成当中，渗入热在水下工况是负值，可以有效降低空调系统的负担。传热系数是确定舰艇水下渗入热的重要参数，在设计过程中常常沿用一个经验值，这个经验值对于不同厚度的耐压壳体和隔热层的值不一样，取值的范围会使热负荷产生较大的变化，为了准确计算水下耐压壳体敷设隔热层后的复合传热系数，亟需一种准确性较高的传热系数的测试系统和行之有效的测试方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种耐压壳体水下复合传热系数测试系统及测试方法，可实施性强、受舱内温度环境干扰小，能够准确测量船舶水下耐压壳体敷设隔热层后的复合传热系数，且测试效率高。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一、一种耐压壳体水下复合传热系数测试系统

4、本发明提供了一种耐压壳体水下复合传热系数测试系统，包括分别贴设于耐压壳体结构8内表面和外表面的内部温度传感器1和外部温度传感器2，所述耐压壳体结构8内表面还贴设有热流计3，且所述耐压壳体结构8内表面安装有控温箱4，所述内部温度传感器1和热流计3均布置于所述控温箱4与耐压壳体结构8内表面合围而成的控温区内；所述内部温度传感器1、外部温度传感器2和热流计3均通过数据线缆7与热流温度巡检仪5电性连接，所述热流温度巡检仪5与计算机处理系统6电性连接。

5、优选的，所述控温箱4紧贴安装于所述耐压壳体结构8内表面，所述控温箱4由双层框体组成，且双层框体之间填充有保温材料。

6、优选的，所述控温箱4内设有用于调节箱内温度的温控模块，且所述控温箱4内部安装有搅拌风扇和均热板，用于使控温箱内部温度分布均匀。

7、优选的，所述外部温度传感器2安装于所述耐压壳体结构8外表面与所述内部温度传感器1相对应的位置。

8、优选的，所述内部温度传感器1和外部温度传感器2分别用于测量控温箱4所在区域的耐压壳体结构8内表面和外表面的实时温度值，所述热流计3用于测量通过所述耐压壳体结构8的热流值。

9、二、一种耐压壳体水下复合传热系数测试方法

10、基于同一发明构思，本发明还提供了一种耐压壳体水下复合传热系数测试方法，基于如上所述的测试系统，具体包括如下步骤：

11、s1，根据耐压壳体结构所处工况，调节控温箱内的温度，使控温箱所在区域的耐压壳体结构内表面和外表面的温度差值不低于预设阈值；

12、s2，当控温箱内温度趋于稳定后，相隔预设时间间隔t，依次记录每个采集时刻内部温度传感器和外部温度传感器测量的温度值；

13、s3，相隔预设时间间隔t，依次记录每个采集时刻热流计测量的热电势值，并根据所述热电势值和热流计的默认热电转数系数，计算每个采集时刻对应的耐压壳体结构热流值；

14、s4，分别计算各采集时刻内部温度传感器和外部温度传感器测量温度值的平均值以及所述耐压壳体结构热流值的平均值；

15、s5，根据所述温度值的平均值和热流值的平均值，计算耐压壳体结构的传热系数。

16、其中，在步骤s1中，所述根据耐压壳体结构所处工况，调节控温箱内的温度，包括：

17、1)当耐压壳体结构处于水面以上的空气环境中，或耐压壳体结构初始的外表面温度大于内表面温度时，控温箱执行制冷模式，使控温箱所在区域的耐压壳体结构内表面温度低于外表面温度8℃以上，此时通过热流计测量从耐压壳体结外部传至内部的热流值；

18、2)当耐压壳体结构处于水面以下的海水环境中，或耐压壳体结构初始的外表面温度小于内表面温度时，控温箱执行加热模式，使控温箱所在区域的耐压壳体结构内表面温度高于外表面温度8℃以上，此时通过热流计测量从耐压壳体结内部传至外部的热流值。

19、进一步的，所述内部温度传感器实时测量的温度值为ti，记录每个采集时刻的ti值记为tij，j为1，2，3,…,j-1,j；

20、所述外部温度传感器实时测量的温度值为te，记录每个采集时刻的te值记为tej，j为1，2，3,…,j-1,j；

21、所述热流计测量的热电势值为δe，记录每个采集时刻的δe值记为δej，j为1，2，3,…,j-1,j，则每个采集时刻对应的耐压壳体结构热流值qj＝c×δej，其中c为热流计的默认热电转换系数。

22、进一步的，所述控温箱内温度趋于稳定的判断条件为：tij-tij-1≤0.01℃且δej-δej-1≤0.1mv；

23、内部温度传感器测量温度值的平均值

24、外部温度传感器测量温度值的平均值

25、所述耐压壳体结构热流值的平均值

26、进一步的，所述耐压壳体结构的传热系数k，计算公式如下：

27、

28、其中，r为耐压壳体结构的热阻值，

29、ri为耐压壳体结构内表面的换热热阻值，re为耐压壳体结构外表面的换热热阻值。

30、本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

31、1、本发明耐压壳体水下复合传热系数测试系统的控温箱能够实现对耐压壳体结构内侧周围温度的控制，可实施性强，受舱内温度环境干扰小，能够在任何时间段实现耐压壳体结构热阻及传热系数的检测；

32、2、本发明通过在耐压壳体结构两侧分别布置内部温度传感器、外部温度传感器，并与热流温度巡检仪和计算机处理系统相配合，能够实现壳体内部、外部温度和热流量的自动测量、存储和计算，大大提高了测试准确率和测试效率；

33、3、本发明能够准确测量船舶水下耐压壳体敷设隔热层后的复合传热系数，从而可以得到船舶水下耐压壳体在不同深度处的渗入热精确值，便于船舶空调系统的热负荷计算和节能设计；

34、4、本发明有利于提高船舶总体、系统及设备的能效、噪声、可靠性、舒适性等综合性能水平。

技术特征：

1.一种耐压壳体水下复合传热系数测试系统，其特征在于，包括分别贴设于耐压壳体结构(8)内表面和外表面的内部温度传感器(1)和外部温度传感器(2)，所述耐压壳体结构(8)内表面还贴设有热流计(3)，且所述耐压壳体结构(8)内表面安装有控温箱(4)，所述内部温度传感器(1)和热流计(3)均布置于所述控温箱(4)与耐压壳体结构(8)内表面合围而成的控温区内；所述内部温度传感器(1)、外部温度传感器(2)和热流计(3)均通过数据线缆(7)与热流温度巡检仪(5)电性连接，所述热流温度巡检仪(5)与计算机处理系统(6)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种耐压壳体水下复合传热系数测试系统，其特征在于：所述控温箱(4)紧贴安装于所述耐压壳体结构(8)内表面，所述控温箱(4)由双层框体组成，且双层框体之间填充有保温材料。

3.根据权利要求2所述的一种耐压壳体水下复合传热系数测试系统，其特征在于：所述控温箱(4)内设有用于调节箱内温度的温控模块，且所述控温箱(4)内部安装有搅拌风扇和均热板，用于使控温箱内部温度分布均匀。

4.根据权利要求1所述的一种耐压壳体水下复合传热系数测试系统，其特征在于：所述外部温度传感器(2)安装于所述耐压壳体结构(8)外表面与所述内部温度传感器(1)相对应的位置。

5.根据权利要求4所述的一种耐压壳体水下复合传热系数测试系统，其特征在于：所述内部温度传感器(1)和外部温度传感器(2)分别用于测量控温箱(4)所在区域的耐压壳体结构(8)内表面和外表面的实时温度值，所述热流计(3)用于测量通过所述耐压壳体结构(8)的热流值。

6.一种耐压壳体水下复合传热系数测试方法，基于如权利要求1至5中任意一项所述的测试系统，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于步骤s1中，所述根据耐压壳体结构所处工况，调节控温箱内的温度，包括：

8.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述内部温度传感器实时测量的温度值为ti，记录每个采集时刻的ti值记为tij，j为1，2，3,…,j-1,j；

9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述控温箱内温度趋于稳定的判断条件为：tij-tij-1≤0.01℃且δej-δej-1≤0.1mv；

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述耐压壳体结构的传热系数k，计算公式如下：

技术总结本发明涉及船舶壳体测试技术领域，具体涉及一种耐压壳体水下复合传热系数测试系统及测试方法。本发明的控温箱能够实现对耐压壳体结构内侧周围温度的控制，可实施性强，受舱内温度环境干扰小，能够在任何时间段实现耐压壳体结构热阻及传热系数的检测；本发明通过在耐压壳体结构两侧分别布置内部温度传感器、外部温度传感器，并与热流温度巡检仪和计算机处理系统相配合，能够实现壳体内部、外部温度和热流量的自动测量、存储和计算，大大提高了测试准确率和测试效率；本发明能够准确测量船舶水下耐压壳体敷设隔热层后的复合传热系数，从而可以得到船舶水下耐压壳体在不同深度处的渗入热精确值，便于船舶空调系统的热负荷计算和节能设计。技术研发人员：董仁义,吴崇建,李志印,李振兴,江山受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心技术研发日：技术公布日：2024/11/21