CN102520006A - 径向热管式大空间横管外表面空气自然对流传热实验装置 - Google Patents

径向热管式大空间横管外表面空气自然对流传热实验装置 Download PDF

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吴杰
洪荣华
孙玉阔
陈健
肖玉麒
曾轶
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Abstract

本发明公开了一种径向热管式大空间横管外表面空气自然对流传热实验装置。它包括隔离柜、电加热功率控制装置、数据采集仪、计算机、绝热悬挂丝、径向热管、热电偶；隔离柜内设有绝热悬挂丝和2个热电偶，在绝热悬挂丝下端设有径向热管；数据采集仪与5个热电偶相连接，数据采集仪与计算机相连接，电加热功率控制装置与电加热棒相连接。本发明将径向热管应用于大空间横管外空气自然对流传热实验装置，利用径向热管等温性较好的特点，创造大空间横管外空气自然对流传热实验中所需的恒壁温条件，对验证横管表面空气自然对流传热的准则方程实验带来很大的帮助，提高了实验结果的精度。

Description

径向热管式大空间横管外表面空气自然对流传热实验装置
技术领域
 本发明涉及传热学自然对流传热系数的测试与实验装置，尤其是一种径向热管式大空间横管外表面空气自然对流传热实验装置。
背景技术
自然对流传热现象是自然界中的常见现象。自然对流传热区分为大空间自然对流与有限空间自然对流，又称为外部自然对流与内部自然对流。所谓大空间自然对流，是指热边界层的发展不受到干扰或阻碍的自然对流，而不拘泥于几何上的很大或无限大。研究横管在空气中自然对流的规律，具有十分重要的意义。传热界一些著名学者对于大空间水平或者竖直放置的管外自然对流传热，已经成功地整理成实验关联式，其应用相似理论进行实验研究的方法是高等工科院校教学实验环节必不可少的重要内容。对于横管自然对流传热教学实验装置，许多大学均采用自制设备来完成。如浙江大学、中国计量学院等院校在教学实验中，在大空间内水平吊挂被加热的圆管，进行横管表面空气自然对流实验，根据实验数据可以得出准则方程，并与已有的准则方程进行对比，有效地加深学生对大空间自然对流传热的理解。
但是，实验原理中多处用到圆管壁温参数，而实验中一般假设圆管为恒壁温，因而如何保证圆管壁的恒温性对实验结果的精度有较大影响。传统的圆管采用不锈钢管内置加热源的设计方法，管壁各处的温度存在一定的不均匀性。因而实验结果的精度受到影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种径向热管式大空间横管外表面空气自然对流传热实验装置。
本发明通过以下技术方案来实现：
径向热管式大空间横管外表面空气自然对流传热实验装置包括隔离柜、电加热功率控制装置、数据采集仪、计算机、绝热悬挂丝、径向热管、热电偶；隔离柜内设有绝热悬挂丝和2个热电偶，在绝热悬挂丝下端设有径向热管；数据采集仪与5个热电偶相连接，数据采集仪与计算机相连接，电加热功率控制装置与电加热棒相连接。
所述的径向热管包括外管、第一封头、内管、热电偶、第二封头、抽气管、电加热棒和液体工质；外管外表面设有3个热电偶，外管内设有内管，内管内设有电加热棒，外管与内管偏心放置，两端通过第一封头和第二封头相连接，形成的封闭腔内有液体工质，第二封头上设有抽气管。
本发明将径向热管应用于大空间横管外空气自然对流传热实验装置，利用径向热管等温性较好的特点，创造大空间横管外空气自然对流传热实验中所需的恒壁温条件，对验证横管表面空气自然对流传热的准则方程实验带来很大的帮助，提高了实验结果的精度。
附图说明
图1 为径向热管式大空间横管外表面空气自然对流传热实验装置结构示意图；
图2为本发明的径向热管的半剖结构示意图；
图3为本发明的径向热管原理示意图；
图中，隔离柜1、电加热功率控制装置2、数据采集仪3、计算机4、绝热悬挂丝5、径向热管6、外管7、第一封头8、内管9、热电偶10、第二封头11、抽气管12、电加热棒13、液体工质14。
具体实施方式
如图1所示，径向热管式大空间横管外表面空气自然对流传热实验装置包括隔离柜1、电加热功率控制装置2、数据采集仪3、计算机4、绝热悬挂丝5、径向热管6、热电偶10；隔离柜1内设有绝热悬挂丝5和2个热电偶10，在绝热悬挂丝5下端设有径向热管6；数据采集仪3与5个热电偶10相连接，数据采集仪3与计算机4相连接，电加热功率控制装置2与电加热棒13相连接。
如图2所示，径向热管6包括外管7、第一封头8、内管9、热电偶10、第二封头11、抽气管12、电加热棒13和液体工质14；外管7外表面设有3个热电偶10，外管7内设有内管9，内管9内设有电加热棒13，外管7与内管9偏心放置，两端通过第一封头8和第二封头11相连接，形成的封闭腔内有液体工质14，第二封头11上设有抽气管12。
所述的径向热管是由内外两个直径不等的外管和内管用封头密封组合而成，外管和内管之间抽真空后再充入一定量的液体工质。此径向热管的内管段为蒸发端，外管的上半段为冷凝端，当径向热管的内管受热时，热管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向径向热管的上半段，释放出热量并重新凝结成液体，液体依靠重力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管内管一端传至外管一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。热管内腔的蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定了饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，根据热力学中的方程式可知，温降亦很小，因而此径向热管具有优良的等温性。
实验时，径向热管水平放置，热量从加热棒传递给工质（蒸馏水），工质沸腾蒸发，上升至外管内壁冷凝放出潜热，凝结时放出的潜热由外管壁的自然对流传热带走。冷凝的水珠在外管内壁形成液膜，回流到工质中，工质吸热再次蒸发，这样周而复始，完成热管式自然对流传热的连续循环，如图3所示。由于径向热管内部采用气液两相流体相变传热，具有良好的等温性，径向热管表面的各点温度均匀性和一致性极其良好，大大提高了实验的精度；而传统实验装置在圆管内布置电加热丝由于布置的不均匀性会引起管壁温度的不均匀，实验精度较差。
所述的径向热管，参考长度1m，外径25mm-60mm（也可根据需要选择其他规格）。每根横管的外表面嵌有3对热电偶，以测量横管的外壁温。空气温度由两个布置在隔离柜上下两端的2个热电偶测得，最后取平均值。径向热管水平悬挂在隔离柜内，以减小因人员走动而引起的空气扰动对实验工况的影响。径向热管内放置电加热棒作为热源，而电加热功率控制装置连接有功率表以测量发热功率。

Claims (2)

1.一种径向热管式大空间横管外表面空气自然对流传热实验装置，其特征在于包括隔离柜（1）、电加热功率控制装置（2）、数据采集仪（3）、计算机（4）、绝热悬挂丝（5）、径向热管（6）、热电偶（10）；隔离柜（1）内设有绝热悬挂丝（5）和2个热电偶（10），在绝热悬挂丝（5）下端设有径向热管（6）；数据采集仪（3）与5个热电偶（10）相连接，数据采集仪（3）与计算机（4）相连接，电加热功率控制装置（2）与电加热棒（13）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种径向热管式大空间横管外表面空气自然对流传热实验装置，其特征在于所述的径向热管（6）包括外管（7）、第一封头（8）、内管（9）、热电偶（10）、第二封头（11）、抽气管（12）、电加热棒（13）和液体工质（14）；外管（7）外表面设有3个热电偶（10），外管（7）内设有内管（9），内管（9）内设有电加热棒（13），外管（7）与内管（9）偏心放置，两端通过第一封头（8）和第二封头（11）相连接，形成的封闭腔内有液体工质（14），第二封头（11）上设有抽气管（12）。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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