CN104457891B - 重力热管不凝气体量的精确测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于流体回路地面试验技术领域，具体涉及一种不凝气体量的测试方法。重力热管不凝气体量的精确测试方法，它包括以下步骤：步骤A：将重力热管竖直放入真空室(1)内，重力热管的管路(15)上部与真空室(1)内的冷板(9)贴合；步骤B：静置一段时间后，对真空室(1)抽真空；步骤C：通过冷板(9)降低重力热管至设定温度；同时，重力热管与真空室(1)进行辐射换热；步骤D：当重力热管温度平衡时，由红外测温仪(7)采集重力热管上温度测点的温度，并计算不凝气体量。本发明减少了测量误差提高了计算精度。
Description
技术领域
本发明属于流体回路地面试验技术领域，具体涉及一种不凝气体量的测试方法。
背景技术
重力热管由储液器、连接管路组成，其内充有不凝气体和液态工质；GB/T14813-2008“热管寿命试验方法”对重力热管中不凝气体量的测试方法进行介绍，它规定了测试时采用的温度传感器的类型、测点位置布局，同时还介绍了不凝气体量的计算：
式中：n为不凝气体量，单位mol；Pv,e为蒸发段饱和蒸气压，单位Pa；Pv为不凝气体段平均蒸气分压力，单位Pa；A为试件不凝气体通道截面面积，即重力热管内腔截面积，单位m2；Lr为不凝气体段长度，单位m；Tg为不凝气体段的平均气体温度，单位K；R为理想气体常数，8.314J/(mol·K)；
上述方法存在如下问题：
1)由于温度传感器自身尺寸受限，冷凝段上相邻两个温度传感器的间距过于稀疏，若不凝气体微量时，温度测点无法识别到不凝气体的存在，从而导致计算误差较大；
2)不凝气体的计算公式中不凝气体通道截面面积A的计量直接采用热管内腔截面面积，忽略了液态工质附着在热管内腔导致不凝气体通道截面面积A实际减小的情况，从而导致计算误差较大。
发明内容
本发明的目的是：为克服现有技术的不足，提出一种对重力热管不凝气体量的精确测试方法；
本发明的技术方案是：重力热管不凝气体量的精确测试方法，它包括以下步骤：
重力热管不凝气体量的精确测试方法，它包括以下步骤：
步骤A：将重力热管竖直放入真空室内，重力热管的储液器一端向下，重力热管的管路上部与真空室内的冷板贴合，与冷板相贴合的重力热管部分为冷凝段，其余重力热管的部分为蒸发饱和段；
步骤B：静置一段时间后，对真空室抽真空；
步骤C：根据重力热管中的工质设定工作温度，通过冷板降低重力热管温度至设定的工作温度；同时，重力热管与真空室进行辐射换热，要求重力热管蒸发饱和段的温度低于真空室内壁的温度；如果，重力热管因工作特性限制，其蒸发饱和段的温度必须高于真空室内壁的温度，则需要在储液器上粘贴加热器，对储液器施加不超过2W的热功率，确保重力热管工质的循环流量小，冷凝段附着的液体工质很少，可忽略；
步骤D：当重力热管温度平衡时，由红外测温仪沿重力热管冷凝段进行等间隔扫描，对蒸发饱和段设定的温度测点处进行扫描，从而采集重力热管上温度测点的温度，并利用下式计算不凝气体量：
式中：N为不凝气体量，单位为mol；n为重力热管冷凝段上测温点的个数；Pv,e为蒸发饱和段工质饱和蒸气压力，单位为Pa，根据所述蒸发饱和段温度测点的平均温度，由工质的饱和温度和饱和压力曲线查得；Pv,i为冷凝段的工质分压力，单位为Pa，根据冷凝段温度测点i的温度值，由工质的饱和温度和饱和压力曲线查得；A为重力热管冷凝段的管内截面积，单位为m2；ΔL为冷凝段相邻两测点的间距，范围在0.5mm-10mm之间；Tg,i为冷凝段温度测点i的温度值，单位为K；R为理想气体常数，数值为8.134J/(mol·K)。
有益效果是：(1)本发明采用红外测温仪非接触式测量重力热管的温度，红外测温仪沿着重力热管移动扫描测温，可实现相邻两个温度采集点的间距不超过0.5mm，测温精度优于0.1℃，提高了测量精度；
(2)本发明在将重力热管竖直放置在真空室中，重力热管与冷板贴合段管路内壁吸附的液态工质在重力作用下完全流入重力热管的储液器中，因重力热管输入热量不超过2W，工质循环流量小，冷凝段附着的液体工质很少可忽略，不凝气体通道的截面面积A基本等于管路内径，计算时减少了误差。
附图说明
图1为本发明测试布局示意图；
图2为本发明中重力热管测点的布局示意图；
其中，1-真空室、7-红外测温仪、9-冷板、10-流量调节阀、11-制冷机组、12-管道、13-恒温槽、14-储液器、15-管路。
具体实施方式
参见附图1，重力热管不凝气体量的精确测试方法，它包括以下步骤：
步骤A：将重力热管竖直放入真空室1内，重力热管的储液器14一端向下，重力热管的管路15上部与真空室1内的冷板9贴合，与冷板9相贴合的重力热管部分为冷凝段，其余重力热管的部分为蒸发饱和段；
步骤B：静置一段时间后，使重力热管管路15内壁吸附的液态工质在重力的作用下完全流入储液器14中，对真空室1抽真空，真空度优于1.33×10-3Pa；
步骤C：根据重力热管中的工质设定工作温度，在保证工质不冻结的情况下，工作温度应尽量设低，工作温度越低，工质的饱和蒸气压越低，不凝气体的分压力影响越大，对不凝气体的分辨率越高；以氨重力热管为例，冷却温度应不高于-40℃；通过冷板9降低重力热管温度至设定的工作温度；重力热管在降温过程中，储液器14内液态工质相变为蒸气，蒸气携带重力热管中的不凝气体向冷凝段流动，蒸气在冷凝段冷凝后延管壁流回储液器14，而不凝气体停留在冷凝段内，工质的循环流动将重力热管中的不凝气体全部携带入重力热管冷凝段内；冷板9采用导热系数高的材质，比如铜、铝等；冷板9与重力热管冷凝段贴合处涂敷导热硅脂等导热填料，强化换热；重力热管温度稳定过程中，蒸发饱和段与真空室1通过辐射换热获取热量(或通过加热器获取热量)，维持重力热管内工质的循环流动，防止冷凝段内聚集的不凝气体通过扩散效应重新迁移至重力热管蒸发饱和段；
步骤D：当重力热管温度平衡时，由红外测温仪7沿重力方向对重力热管进行等间隔扫描，从而采集重力热管上温度测点的温度，并利用下式计算不凝气体量：
式中：N为不凝气体量，单位为mol；n为重力热管冷凝段上测温点的个数；Pv,e为蒸发饱和段工质饱和蒸气压力，单位为Pa，根据所述蒸发饱和段温度测点的平均温度，由工质的饱和温度和饱和压力曲线查得；Pv,i为冷凝段的工质分压力，单位为Pa，根据冷凝段温度测点i的温度值，由工质的饱和温度和饱和压力曲线查得；A为重力热管冷凝段的管内截面积，单位为m2；ΔL为冷凝段相邻两测点的间距，范围在0.5mm-10mm之间；Tg,i为冷凝段温度测点i的温度值，单位为K；R为理想气体常数，数值为8.134J/(mol·K)。
上述方案中，冷板9由制冷机组11提供冷源，制冷机组11通过管道12与冷板9连接，并在管道12上设有流量调节阀10以及恒温槽13，管道12上包裹隔热材料；调整流量控制阀10来控制重力热管的降温速率，使重力热管的降温速率不大于0.5℃/min；恒温槽13可维持制冷工质温度稳定在±0.1℃/h，冷却工质可采用水和酒精的混合溶液、乙二醇等。
在重力热管上共设置606个测点，其中测点T1布置在重力热管储液器的底部中心，测点T2-T6均布在储液器与冷凝段之间，测点T7-T606均布在冷凝段上，其中测点T7布置在冷凝段的边缘。
步骤D中，判断重力热管温度平衡的标准是：连续四小时内，测点T2-T6的波动值不超过0.5℃，或者连续四小时，T2-T6单调变化量不大于0.2℃/h。
Claims (4)
1.重力热管不凝气体量的精确测试方法，其特征是，它包括以下步骤：
步骤A：将重力热管竖直放入真空室(1)内，重力热管的储液器(14)一端向下，重力热管的管路(15)上部与真空室(1)内的冷板(9)贴合，与冷板(9)相贴合的重力热管部分为冷凝段，其余重力热管的部分为蒸发饱和段；
步骤B：静置一段时间后，使重力热管管路(15)内壁吸附的液态工质在重力的作用下完全流入储液器(14)中；对真空室(1)抽真空；
步骤C：根据重力热管中的工质设定工作温度，通过冷板(9)降低重力热管温度至设定的工作温度；重力热管在降温过程中，储液器(14)内液态工质相变为蒸气，蒸气携带重力热管中的不凝气体向冷凝段流动，蒸气在冷凝段冷凝后延管壁流回储液器(14)，而不凝气体停留在冷凝段内，工质的循环流动将重力热管中的不凝气体全部携带入重力热管冷凝段内；同时，重力热管与真空室进行辐射换热，要求重力热管蒸发饱和段的温度低于真空室内壁的温度；
步骤D：当重力热管温度平衡时，由红外测温仪(7)沿重力热管冷凝段进行等间隔扫描，对蒸发饱和段设定的温度测点处进行扫描，从而采集重力热管上温度测点的温度，并利用下式计算不凝气体量：
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<mi>R</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中：N为不凝气体量，单位为mol；n为重力热管冷凝段上测温点的个数；Pv,e为蒸发饱和段工质饱和蒸气压力，单位为Pa，根据所述蒸发饱和段温度测点的平均温度，由工质的饱和温度和饱和压力曲线查得；Pv,i为冷凝段的工质分压力，单位为Pa，根据冷凝段温度测点i的温度值，由工质的饱和温度和饱和压力曲线查得；A为重力热管冷凝段的管内截面积，单位为m2；ΔL为冷凝段相邻两测点的间距，范围在0.5mm-10mm之间；Tg,i为冷凝段温度测点i的温度值，单位为K；R为理想气体常数，数值为8.134J/mol·K。
2.如权利要求1所述的重力热管不凝气体量的精确测试方法，其特征是，冷板(9)由制冷机组(11)提供冷源，制冷机组(11)通过管道(12)与冷板(9)连接，并在管道(12)上设有流量调节阀(10)以及恒温槽(13)，管道(12)上包裹隔热材料。
3.如权利要求1或2所述的重力热管不凝气体量的精确测试方法，其特征是，在重力热管上共设置606个测点，其中测点T1布置在重力热管储液器的底部中心，测点T2-T6均布在储液器与冷凝段之间，测点T7-T606均布在冷凝段上，其中测点T7布置在冷凝段的边缘。
4.如权利要求3所述的重力热管不凝气体量的精确测试方法，其特征是，步骤D中，判断重力热管温度平衡的标准是：连续四小时内，测点T2-T6的波动值不超过0.5℃，或者连续四小时，T2-T6单调变化量不大于0.2℃/h。
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