【摘 要】
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2018年国家能源局发布了《冷凝锅炉热工性能试验方法》（NB/T47066-2018）,提出了一种基于同位烟气伴热的采样枪,为了保证热工性能测试过程中湿度的准确测量,采样枪引入了一段强制伴热段。由于强制伴热条件的限制,导致强制伴热段过于冗长,限制了在当量直径600 mm及以下烟道的使用,而且检测设备本体也过于庞大与沉重。亟需研制一种低电压的快速加热系统,提高该采样枪的实用性与准确性。本文提出了采用
【基金项目】
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国家重点研发计划:高耗能特种设备能效检测与评价关键技术研究（2017YFF0209801）
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2018年国家能源局发布了《冷凝锅炉热工性能试验方法》（NB/T47066-2018）,提出了一种基于同位烟气伴热的采样枪,为了保证热工性能测试过程中湿度的准确测量,采样枪引入了一段强制伴热段。由于强制伴热条件的限制,导致强制伴热段过于冗长,限制了在当量直径600 mm及以下烟道的使用,而且检测设备本体也过于庞大与沉重。亟需研制一种低电压的快速加热系统,提高该采样枪的实用性与准确性。本文提出了采用碳基材料复合膜直接用于电热转换,实现采样枪快速伴热的构想。通过复合膜制备、电热性能测试、微观结构表征、数值计算等方法开展了相关研究。实验中选用纳米纤维素作为骨架支撑材料,采用真空抽滤的方法,制备了具有低电压条件下快速温度响应特性的柔性碳基材料复合膜。运用红外热像仪动态记录了复合膜表面温度场的变化过程,通过电热性能测试分析了复合膜的电热升温性能、电阻-温度稳定性等的影响关系,采用扫描电子显微镜分析了复合膜表面的微观形貌,在微观上揭示其电热性能变化的内在机制,利用热重分析仪探究了复合膜的高温热稳定性以及分解规律。系统地研究了碳基材料含量及多壁碳纳米管掺混比例对复合膜电热响应特性的影响规律,最终获得了碳基材料含量50%的高性能柔性复合膜,在10 V直流电压下升温速率可达82℃/s,最高升温极限可达240℃。数值模拟过程中选用组分输运模型以及非稳态的计算方法,采用由整体到局部的模拟思想,单独构建了强制伴热段数值模型,对比了强制伴热段壁面不同功率密度对腔体内部气体温度场分布的影响规律,分析了复合膜应用于温湿度检测采样枪强制伴热段的可行性,为采样枪碳基复合膜快速电伴热技术的推广应用奠定了基础。
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