環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備熱交換特性

若從熱交換的方式來看恒溫箱，大致可分為自然對(duì)流式、強(qiáng)制循環(huán)式、輻射傳熱式等幾種。如圖1所示，自然對(duì)流式就是在一般的干燥箱中所能見到的方式。即在箱底設(shè)置加熱器，通過空氣加熱后的自然對(duì)流方式，以求實(shí)現(xiàn)箱內(nèi)溫度的均勻。但是其恒溫特性，尤其是箱內(nèi)溫度的均勻性較差。

環(huán)境試驗(yàn)要求非流動(dòng)空氣時(shí)，與其采用上述方式，倒不如在內(nèi)壁四周設(shè)置加熱器，做到壁面溫度與箱內(nèi)溫度相等，避免了輻射熱的授受，以謀求維持箱內(nèi)溫度。我們希望有上述結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)箱，但實(shí)用祥機(jī)尚未問世。作為加熱方式，可在內(nèi)壁四周通流液體熱媒進(jìn)行加熱，能得到相當(dāng)均勻的壁面溫度。但是這種方式也有一些間題與缺點(diǎn)，諸如液體的沸點(diǎn)和氣化以及不適當(dāng)?shù)母邷氐取Ｔ诶鲜降牡蜏卦囼?yàn)箱中可以看到這樣的構(gòu)造，即將重點(diǎn)放在介于自然對(duì)流式與強(qiáng)制

循環(huán)式之間的攪動(dòng)空氣的構(gòu)造.圖2是攪動(dòng)式熱交換方式的低溫試驗(yàn)箱的例子。將冷媒燕發(fā)管圍裝在試驗(yàn)箱內(nèi)壁的四周，用設(shè)置在試驗(yàn)箱中央的攪拌風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制攪動(dòng)。但是在靠近四周附近的地方能見到輻射的影響。而且當(dāng)有發(fā)熱負(fù)荷時(shí)，其性能非常差。作為環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，如今廣泛使用的是強(qiáng)制循環(huán)方式的恒溫箱。這是因?yàn)閺?qiáng)制循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)合理，恒溫特性和升溫特性優(yōu)越，避免了環(huán)境試驗(yàn)中最討慶的由于輻射傳熱引起的局部加熱的間題。

在鼓風(fēng)機(jī)上，用得較多的是螺旋槳式風(fēng)扇和多葉片式風(fēng)扇。但是最近出現(xiàn)了橫流式風(fēng)扇。螺旋槳式風(fēng)扇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在較大的溫度范圍內(nèi)使用。但是，這種風(fēng)扇的霄壓小，在空間有限的試驗(yàn)箱中使用時(shí)，其鼓風(fēng)功能差。而主要是依靠它的攪拌功能。因此，把它作為試驗(yàn)箱用的鼓風(fēng)機(jī)未必非常適合。但是由于上述優(yōu)點(diǎn)，它仍是目前使用較廣泛的鼓風(fēng)機(jī)。圖3是日本塔巴依公司在典型的恒溫箱中的使用例。

多葉片式風(fēng)扇的鼓風(fēng)性能好，但近來在試驗(yàn)箱中的使用卻日益減少。這是因?yàn)樵诳臻g有限的試驗(yàn)箱中使用時(shí)，由于吸氣口的面積與多葉片風(fēng)扇的直徑相比較小而產(chǎn)生縮流效應(yīng)，故在箱室內(nèi)形成無風(fēng)區(qū)，使恒溫特性欠佳。螺旋槳式風(fēng)扇形成的無風(fēng)區(qū)在箱室的中央(圖4)。與此相反，多葉片式風(fēng)扇形成的無風(fēng)區(qū)卻在箱室的四周。在有試樣的情況下，將產(chǎn)生更壞的結(jié)果(圖5)，橫流式風(fēng)扇形如加長(zhǎng)了的多葉片風(fēng)扇，但是風(fēng)流狀況卻完全不同了.它能得到無扭曲的二元風(fēng)流，因此若在出風(fēng)口加置適當(dāng)?shù)钠L(fēng)板，就可以幾乎不產(chǎn)生無風(fēng)區(qū)，缺點(diǎn)是價(jià)格較高，使用溫度有一定限制.但我們認(rèn)為，它將得到廣泛的使用。圖6是塔巴依P系列產(chǎn)品中使用這種風(fēng)扇的一例。在調(diào)溫室與試驗(yàn)室的兩層隔板之間用壓差旁路一部分吸人空氣，謀求防止因輻射傳熱而引起的缺陷。

輻射傳熱的恒溫箱，例如使用遠(yuǎn)紅外線燈的恒溫箱，除了在宇宙空間試驗(yàn)箱中所能見到的太陽能模擬外，作為環(huán)境試驗(yàn)用，可以說現(xiàn)在還完全沒有被使用。9.加熱裝置與冷卻裝置作為熱裸有電熱器、城市煤氣、丙烷氣等。作為制冷劑有干冰、液態(tài)二氧化碳、液氮等。而作為冷凍機(jī)用的冷媒有氟里昂、氮、艦代甲烷等。但在環(huán)境試驗(yàn)用的恒溫箱中使用得較多的是電熱器和氟里昂冷媒。在一些小型試驗(yàn)箱中也使用半導(dǎo)體制冷、液態(tài)二抓化碳和液氮等。表2大致上匯集了各種冷卻裝置及其能達(dá)到的溫度使用范圍。冷凍機(jī)與電熱器不同，它不是一種負(fù)熱源，而是一種熱的移動(dòng)裝置，就象抽水機(jī)是水的移動(dòng)裝置一樣。將室溫(水冷時(shí)為冷卻水的溫度)比作抽水機(jī)的落差，而將冷凍機(jī)的冷卻能力比作水的抽出量。可知冷凍機(jī)工作時(shí)，隨著與室溫的溫差變大，溫度則越低，冷卻能力大幅度降低。

假設(shè)以使用溫度式膨脹閥的冷凍機(jī)燕發(fā)溫度-15℃時(shí)的冷卻能力為1，則一so℃時(shí)降為1/10，而+15℃時(shí)增加到3.這意味著環(huán)境試驗(yàn)箱的溫度使用范圍大時(shí)，冷凍機(jī)的使用就非常困難。如果在高溫使用時(shí)，由于其冷凍能力過大，所以在開—關(guān)控制式的情況下，會(huì)造成溫度調(diào)節(jié)幅度的增加，而使冷凍機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，與冷凍機(jī)互為動(dòng)態(tài)平衡的電熱器在連續(xù)控制的情況下，其加熱容量變得非常大，在選用制冷能力小的冷凍機(jī)的情況下，就不可能使溫度下降到低溫。使用毛細(xì)管與使用溫度式膨脹閥的情況相比，冷媒的膨脹取決于毛細(xì)管等的熔的變化，就不會(huì)發(fā)生制冷能力如此大幅度的變化。但隨之帶來了選定毛細(xì)管的技術(shù)困難。在大型的環(huán)境試驗(yàn)箱中，使用側(cè)冷能力調(diào)整裝置，使其在高溫時(shí)減小制冷能力。另外，最近考慮用多臺(tái)冷凍機(jī)的選擇運(yùn)轉(zhuǎn)來改變制冷能力。http://m.zgshfp.com