CN103994803A - 基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法及装置，通过吸液芯固定组件将吸液芯一端固定，利用移动调整组件实现吸液芯的移动，将吸液芯另一端浸入液体工质中，采用红外热像仪通过玻璃罩孔精确监测吸液芯内液体弯液面流动过程，处理监测记录以定量获得毛细流动距离及流动速率。本发明利用液体工质与吸液芯金属基体及多孔介质发射率差异导致红外热像不同显示的特点，有效克服了传统毛细流动测量方法的缺陷，尤其适合无色透明液体在热管吸液芯内毛细流动过程的定量精确监测，实验装置简单，测量精度高，为热管吸液芯毛细性能的测试评价提供了可靠的手段，并实现了红外热像方法由传统热测量向毛细流动应用领域的拓展。

Description

基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种热管吸液芯毛细流动测量方法及装置，具体地说是涉及一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法及装置。

背景技术

热管凭借其优异的热传导性能，普遍运用于航天、电子、电机、建筑、医疗、余热回收以及太阳能与地热利用等众多领域。热管内的液体工质在蒸发段吸热汽化成蒸汽，到达冷凝段释放热量冷凝成液体，在毛细压力作用下沿吸液芯回流至蒸发段。因此，吸液芯的毛细压力是提供热管工质循环的驱动力，也是决定热管传热性能及毛细极限的关键因素。

通常，吸液芯毛细压力是通过测量液体工质在吸液芯内毛细流动距离及流动速率来判断。目前，针对于吸液芯内的毛细流动测量主要有视觉观察法及吸液称重法。视觉观察法是采用高速摄像仪对毛细流动过程进行拍摄，但由于液体工质大多是无色透明的，视觉观察存在液体工质弯液面模糊、难以准确判断毛细流动弯液面位置的难题，尤其是在微沟槽和烧结粉末多孔结构吸液芯中更为棘手。为突出液体工质在吸液芯内的弯液面显示，有些研究者尝试在液体工质内加入荧光染料等感光元素，但是荧光染料改变了液体工质的热物性质(如表面张力、粘度等)，由此导致的测量失真无法剔除，影响了测量结果的准确性。采用吸液称重法时，与液体工质接触的吸液芯外侧会产生额外弯液面，该部分液体工质重量很难从吸液芯内毛细上升吸液重量中剔除，会对测试结果造成很大的误差。由上可以看出，现有的测试方法均难以实现对毛细流动的准确、定量研究，限制了其在毛细流动测量方面的应用。因此，需采用新颖的方法来对热管吸液芯内毛细流动进行准确、定量测量。

发明内容

本发明的目的是针对现有毛细流动测量方法的缺陷，提供了一种可准确识别热管吸液芯毛细流动弯液面、定量获得毛细流动距离以及流动速率的基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法。

本发明的另一目的是提供一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法，包括以下步骤：

1)将吸液芯2一端通过吸液芯固定组件1固定；

2)通过调节控制器5控制移动调整组件4以移动吸液芯2，将吸液芯2一端浸入到装有液体工质的工质器皿3中，浸入长度为1～3mm；

3)用红外热像仪8通过观察孔7监测记录吸液芯2内弯液面毛细流动过程，并将监测记录传送至数据采集计算机9存储；

4)处理监测记录以确定毛细流动弯液面位置，获得毛细流动距离以及流动速率。

一实施例中：所述步骤4)中，处理监测记录的方法如下：

41)在红外热像图上沿吸液芯2放置方向画出测量线10，于测量线10上润湿交界面附近添加一定位点12；

42)拖动定位点12，使得红外热像图下方竖直线13沿温度分布曲线图14左右移动，当竖直线13到达温度分布曲线图14的拐点15时，定位点12的位置即为毛细流动弯液面位置；

43)计算得到定位点12高度，此即该吸液芯的毛细流动距离；

44)利用计时功能，确定液体工质毛细流动过程中每个时间对应的毛细流动距离，以此计算出流动速率。

一实施例中：所述吸液芯2基体为铜、铝、不锈钢中的一种。

一实施例中：所述吸液芯2为沟槽吸液芯、烧结粉末吸液芯、烧结纤维吸液芯、沟槽-烧结粉末复合吸液芯、沟槽-烧结纤维复合吸液芯中的一种或其组合。

一实施例中：所述烧结粉末吸液芯为烧结铜粉吸液芯或烧结镍粉吸液芯。

一实施例中：所述液体工质为乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇中的一种或其组合。

一实施例中：所述毛细流动过程为竖直毛细上升或水平毛细流动，所述毛细流动距离为毛细流动高度或毛细流动长度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：

一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量装置，包括吸液芯固定组件1、吸液芯2、工质器皿3、移动调整组件4、调节控制器5、玻璃罩6、红外热像仪8、数据采集计算机9及机架；所述吸液芯固定组件1、吸液芯2、工质器皿3、移动调整组件4及机架位于玻璃罩6内；吸液芯2固定装接在吸液芯固定组件1；吸液芯固定组件1与移动调整组件4固接，移动调整组件4滑动接机架；所述调节控制器5位于玻璃罩6外，该调节控制器5可控制移动调整组件4沿竖直或水平方向运动，从而控制吸液芯固定组件1上的吸液芯2沿竖直或水平方向运动；所述红外热像仪8设在玻璃罩6外且对准观察孔7，该红外热像仪8信号连接数据采集计算机9，该红外热像仪8通过该观察孔7监测记录吸液芯毛细流动过程，并传送至数据采集计算机9存储。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.本发明所提供的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法，利用液体工质与吸液芯金属基体及多孔介质发射率差异导致红外热像不同显示的特点，采用红外热像仪准确识别毛细流动弯液面，并通过处理监测记录对弯液面位置精确定位，实时监测液体工质在热管吸液芯内的毛细流动过程，可定量获得毛细流动距离及其流动速率，解决了视觉观察法中弯液面模糊不易定位的问题。

2.本发明所提供的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法适用面广，尤其适合于对无色透明的工质在热管吸液芯内的毛细流动进行监测，且无需添加荧光染料等添加剂，不会引起工质热物性质改变，从而能获得准确的毛细流动测量结果。

3.本发明所提供的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法，可直接测得毛细流动距离及其流动速率，有效避免了吸液称重法中吸液芯与工质接触的外侧产生的额外弯液面对吸液重量产生的影响，误差更低，更精确。

4.本发明所提供的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法及装置，具有实验装置简单，检测容易，测量精度高的优点，为热管吸液芯毛细性能的测试评价提供了可靠的手段，并实现了红外热像方法由传统热测量向毛细流动领域的应用拓展。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1所示为本发明的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量装置示意图。

图2所示为本发明的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法中处理监测记录以确定毛细流动弯液面的方法示意图。

图3所示为本发明实施例1的液体工质毛细流动上升第1s～10s的连续图像。

图4所示为本发明实施例1中不同种类吸液芯毛细流动上升高度测量结果。

附图标记：吸液芯固定组件1；吸液芯2；工质器皿3；移动调整组件4；调节控制器5；玻璃罩6；观察孔7；红外热像仪8；数据采集计算机9；测量线10；定位点高度11；定位点12；竖直线13；温度分布曲线图14；拐点15；毛细流动高度在数据采集计算机上显示值16。

具体实施方式

下面通过实施例具体说明本发明的内容：

实施例1

如图1所示，一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量装置，包括吸液芯固定组件1，工质器皿3，移动调整组件4，调节控制器5，玻璃罩6，红外热像仪8、数据采集计算机9及机架；

所述吸液芯固定组件1、吸液芯2、工质器皿3、移动调整组件4及机架位于玻璃罩6内；吸液芯2固定竖直装接在吸液芯固定组件1；吸液芯固定组件1与移动调整组件4固接，移动调整组件4滑动接机架；所述调节控制器5位于玻璃罩6外，该调节控制器5可控制移动调整组件4沿竖直方向运动，从而控制吸液芯固定组件1上的吸液芯2沿竖直方向运动；所述移动调整组件4例如包括电机、丝杆螺母机构，丝杆螺母机构的丝杆转动连接机架，螺母螺接丝杆且能相对机架沿丝杆轴线滑动，该电机传动连接丝杆；所述调节控制器5例如为控制面板，控制电机等；

所述玻璃罩6可有效保证测试环境的气流场保持稳定，并减少工质器皿3中液体工质的挥发；

所述红外热像仪8设在玻璃罩6外且对准观察孔7，该红外热像仪8信号连接数据采集计算机9，该红外热像仪8通过该观察孔7监测记录吸液芯毛细流动过程，并传送至数据采集计算机9存储；数据采集计算机9可记录液体工质弯液面上升过程，以确定毛细流动距离及流动速率。

分别制备外形尺寸均为100mm长、10mm宽、1.5mm厚的5种热管吸液芯：烧结球形铜粉吸液芯、烧结不规则形铜粉吸液芯、沟槽-烧结球形铜粉复合吸液芯、沟槽-烧结不规则形铜粉复合吸液芯、沟槽吸液芯。采用热管常用的乙醇作为液体工质，装入工质器皿中。通过以下实验步骤对毛细流动过程进行红外热像测量：

1)采用烧结球形铜粉吸液芯，将该吸液芯2一端通过吸液芯固定组件1竖直固定；

2)通过调节控制器5控制移动调整组件4以竖直上下移动吸液芯2，将吸液芯2一端浸入到装有液体工质的工质器皿3中，浸入长度为2mm；

3)用红外热像仪8通过观察孔7监测记录吸液芯2内弯液面毛细上升过程，并将监测记录传送至数据采集计算机9存储；

4)处理监测记录以确定毛细流动弯液面位置，获得毛细流动高度，将其绘制成曲线，得到如图4所示的烧结球形铜粉吸液芯毛细流动高度曲线；

5)将烧结球形铜粉吸液芯依次换成烧结不规则形铜粉吸液芯、沟槽-烧结球形铜粉复合吸液芯、沟槽-烧结不规则形铜粉复合吸液芯、沟槽吸液芯，分别重复上述步骤1)～4)，得到如图4所示的不同种类吸液芯毛细流动高度曲线。

上述步骤4)中，处理监测记录的方法如下：

41)在红外热像图(图2左上)上沿吸液芯2放置方向从吸液芯固定组件1至吸液芯2浸入端画出测量线10，其代表位于吸液芯固定组件1以下的吸液芯2长度，其长度值在测试前已通过直尺测量获得；于测量线10上润湿交界面(即图2中吸液芯2上颜色深浅交界处)附近添加一定位点12；

42)拖动定位点12，使得红外热像图下方竖直线13沿温度分布曲线图14左右移动，当竖直线13到达温度分布曲线图14的拐点15时，定位点12的位置即为毛细流动弯液面位置；

43)通过线性插值公式计算得到定位点高度11，此即吸液芯2的毛细流动高度，在数据采集计算机9上显示值为16；

44)利用计时功能，确定液体工质上升过程中每个时间对应的毛细流动高度，以此计算出流动速率。红外热像仪8监测到的液体工质毛细流动上升第1s～10s的连续图像如图3所示。

根据需要，还可以将若干吸液芯同时用吸液芯固定组件1固定，保证各吸液芯相互平行且各最低端位于同一高度；控制移动调整组件4以将该若干吸液芯同时浸入工质器皿3中，重复步骤3)～4)，可同时测得若干吸液芯的毛细流动高度及流动速率。

实施例2

本实施例与实施例1所不同之处在于，将吸液芯2由竖直放置改为水平放置，可测得吸液芯之毛细流动长度及流动速率。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将吸液芯(2)一端通过吸液芯固定组件(1)固定；

2)通过调节控制器(5)控制移动调整组件(4)以移动吸液芯(2)，将吸液芯(2)一端浸入到装有液体工质的工质器皿(3)中，浸入长度为1～3mm；

3)用红外热像仪(8)通过观察孔(7)监测记录吸液芯(2)内弯液面毛细流动过程，并将监测记录传送至数据采集计算机(9)存储；

4)处理监测记录以确定毛细流动弯液面位置，获得毛细流动距离以及流动速率。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法，其特征在于：所述步骤4)中，处理监测记录的方法如下：

41)在红外热像图上沿吸液芯(2)放置方向画出测量线(10)，于测量线(10)上润湿交界面附近添加一定位点(12)；

42)拖动定位点(12)，使得红外热像图下方竖直线(13)沿温度分布曲线图(14)左右移动，当竖直线(13)到达温度分布曲线图(14)的拐点(15)时，定位点(12)的位置即为毛细流动弯液面位置；

43)计算得到定位点(12)高度，此即该吸液芯的毛细流动距离；

44)利用计时功能，确定液体工质毛细流动过程中每个时间对应的毛细流动距离，以此计算出流动速率。

3.根据权利要求1所述的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法，其特征在于：所述吸液芯(2)基体为铜、铝、不锈钢中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法，其特征在于：所述吸液芯(2)为沟槽吸液芯、烧结粉末吸液芯、烧结纤维吸液芯、沟槽-烧结粉末复合吸液芯、沟槽-烧结纤维复合吸液芯中的一种或其组合。

5.根据权利要求4所述的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法，其特征在于：所述烧结粉末吸液芯为烧结铜粉吸液芯或烧结镍粉吸液芯。

6.根据权利要求1所述的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法，其特征在于：所述液体工质为乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇中的一种或其组合。

7.根据权利要求1所述的一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量方法，其特征在于：所述毛细流动过程为竖直毛细上升或水平毛细流动，所述毛细流动距离为毛细流动高度或毛细流动长度。

8.一种基于红外热像观察的热管吸液芯毛细流动测量装置，其特征在于：包括：吸液芯固定组件(1)、吸液芯(2)、工质器皿(3)、移动调整组件(4)、调节控制器(5)、玻璃罩(6)、红外热像仪(8)、数据采集计算机(9)及机架；所述吸液芯固定组件(1)、吸液芯(2)、工质器皿(3)、移动调整组件(4)及机架位于玻璃罩(6)内；吸液芯(2)固定装接在吸液芯固定组件(1)；吸液芯固定组件(1)与移动调整组件(4)固接、移动调整组件(4)滑动接机架；所述调节控制器(5)位于玻璃罩(6)外，该调节控制器(5)可控制移动调整组件(4)沿竖直或水平方向运动，从而控制吸液芯固定组件(1)上的吸液芯(2)沿竖直或水平方向运动；所述红外热像仪(8)设在玻璃罩(6)外且对准观察孔(7)，该红外热像仪(8)信号连接数据采集计算机(9)，该红外热像仪(8)通过该观察孔(7)监测记录吸液芯毛细流动过程，并传送至数据采集计算机(9)存储。