CN106918620A - 一种测定热管导热系数的实验装置 - Google Patents

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朱家玲
吕心力
赵洋洋
崔志伟
胡开永
姜丰
辛光磊
宋安达
畅妮妮
张佩佩
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Abstract

本发明涉及一种测定热管导热系数的实验装置，包括热水回路Ⅰ，冷水回路Ⅱ，与热水回路Ⅰ通过管道连接的热水箱5和与冷水回路Ⅱ通过管道连接的冷水箱10，其中，热管7的热端和冷端分别伸入热水箱5和冷水箱10内；冷水箱10或热水箱5能够移动，以调节冷水箱与热水箱间的水平距离；热水回路Ⅰ包括热水锅炉1，换热器2、变频水泵26以及设置在与热水箱5相连通的管道上的进水阀3，流量计24和回水阀25；冷水回路Ⅱ包括制冷机14和变频水泵16，在制冷机14的出口与连通到冷水箱10的管道上设置有进水阀13，在制冷机14的进口与冷水箱底部之间连通的管道上设置有变频水泵16、流量计18和回水阀17。

Description

一种测定热管导热系数的实验装置
技术领域
本发明涉及固体热物性测试领域，特别是涉及一种测定热管导热系数的装置。
背景技术
优质的热管，其导热能力超过任何已知的金属。因此热管技术在工程中的应用日益普及，不仅在余热回收、节能方面取得了显著效果，而且在传统的传热传质设备更新改造及非传统的电子元器件冷却等方面显示出强大的生命力。这就要求有一种安全可靠、易于操作、准确率高、测试范围广的设备可以对热管导热系数进行测定。
根据文献了解，已存在几种应用于热管或热管换热器的传热性能测定方法。但是，不同的测量方法依然在推陈出新。公开号CN204102396U的专利提供了一种热管传热性能测定实验台，采用恒温水浴作为热管热源、冷源，虽然易于操作，但是可调节的热管实验功率范围小；公开号CN200950129Y的专利提供了一种热管平板式导热系数测定仪，需采用真空机组，设备复杂；公开号CN105004204A的专利提供了一种平板式环路热管蒸发器实验系统，采用电加热片模拟热源体，热管热端受热不均匀。还有一些相关专利，适用的热管种类少，比如公开号CN103968878A的专利只适用于脉动热管。关于热管传热性能测定的论文、著作等文献中提到的测定方法采用电阻丝缠绕热管热端作为热源、采用辐射腔体环绕热管热端作为热源，热管受热不均匀且不切合热管应用实际。
综上，热管传热性能的实验，特别是热管导热系数的测定方法或装置还有很大的改进空间。
测定热管导热系数的实验装置需解决热管热端受热不均匀、热管实验功率可调节范围小、设备复杂、不切合热管应用实际的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种测定热管导热系数的实验装置，能够确保热管热端受热均匀、扩大热管实验功率范围、设备操作简单、符合热管应用实际。本发明的技术方案是：
一种测定热管导热系数的实验装置，包括热水回路Ⅰ，冷水回路Ⅱ，与热水回路Ⅰ通过管道连接的热水箱5和与冷水回路Ⅱ通过管道连接的冷水箱10,其中，热管7的热端和冷端分别伸入热水箱5和冷水箱10内；冷水箱10或热水箱5能够移动，以调节冷水箱与热水箱间的水平距离；热水回路Ⅰ包括热水锅炉1，换热器2、变频水泵26以及设置在与热水箱5相连通的管道上的进水阀3，流量计24和回水阀25，通过调节热水锅炉加热功率，调节热端变频水泵26频率或者阀门开度，进而改变热端流体温度和流体流速；冷水回路Ⅱ包括制冷机14和变频水泵16，在制冷机14的出口与连通到冷水箱10的管道上设置有进水阀13，在制冷机14的进口与冷水箱底部之间连通的管道上设置有变频水泵16、流量计18和回水阀17，通过调节制冷机制冷功率，调节冷端变频水泵16频率或者阀门开度，进而改变冷端流体温度、流体流速。
优选地，在热管7的不同部位、热水箱5和冷水箱10的进口和出口分别设置有温度传感器。热水箱5四周内壁铺设电阻丝31，电阻丝31由电源调控器32提供电源和调节功率。冷水箱10底部有支架轮2。热水箱和冷水箱10内均设置有搅拌轮11。
本发明的积极效果在于：提供了一种测定热管导热系数的实验装置，确保热管热端受热均匀、扩大热管实验功率范围、设备操作简单、符合热管应用实际。具体为：
(1)对于热管热端受热均匀方面：热管热端在热水箱内完全与流体接触，流体在热水箱内流进流出完成与热管的换热，并且有搅拌轮搅拌流体促进热管与流体间换热均匀；
(2)对于扩大热管实验功率范围方面：热水回路包括热水锅炉，冷水回路包括制冷机，热水回路、冷水回路均包括变频水泵、进水阀、回水阀。调节热水锅炉加热功率，调节制冷机制冷功率，调节水泵频率或者阀门开度，进而改变流体温度、流体流速，辅助以控制电阻丝加热功率，从而实现调节热管实验功率的目的；
(3)对于设备操作简单方面：冷水箱底部安装有支架轮，支架轮的移动可以调节冷水箱与热水箱间的水平距离，进而改变热管热端、冷端长度，并且适用于不同长度热管的实验。另外，如(2)，调节热管实验功率操作简单；
(4)对于符合热管应用实际方面：热管的大部分工程应用场合，热端、冷端与流体接触，同本装置。另外，当停止热水回路的循环，热水箱内布置石块或者泥浆时，由于电阻丝的存在还可以模拟热管应用于地热采暖。
附图说明
图1是本发明一种模拟热管应用于地热采暖及测定热管导热系数的实验装置的结构示意图；
图2是图1中热水箱的四周内壁电阻丝布置示意图。
附图中各部件的标记如下：Ⅰ、热水回路；Ⅱ、冷水回路；1、热水锅炉；2、换热器；3,13、进水阀；4,9,11,12,28,29、热电偶；5、热水箱；6,11、搅拌轮；7、热管；8、保温层；10、冷水箱；14、制冷机；15,27、底座；16,26、变频水泵；17,25、回水阀；18,24、质量流量计；19,30、排水阀；20,23、支架；21、支架轮；22、热管支架；31、电阻丝；32、电源调控器；33、电流表；34、电压表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1和图2，本发明实施例包括：
一种模拟热管应用于地热采暖及测定热管导热系数的实验装置，具体包括热水回路Ⅰ，冷水回路Ⅱ，与热水回路Ⅰ通过管道连接的热水箱5，与冷水回路Ⅱ通过管道连接的冷水箱10，以及热端、冷端分别深入到热水箱5、冷水箱10内的热管7，确保该装置可以测定热管导热系数及模拟热管应用于地热采暖。
热水箱5四周内壁铺设电阻丝31，电阻丝31由电源调控器32提供电源、调节功率，确保调节及其辅助调节热管实验功率，当装置模拟热管应用于地热采暖时，电阻丝31为热水箱5内的岩石或泥浆提供热量。
热水回路Ⅰ包括热水锅炉1，换热器2，进水阀3，流量计24，回水阀25，变频水泵26。冷水回路Ⅱ包括制冷机14，进水阀13，流量计18，回水阀17，变频水泵16。调节热水锅炉加热功率，调节制冷机制冷功率，调节水泵频率或者阀门开度，进而改变流体温度、流体流速，确保可以调节热管实验功率。
冷水箱10底部有支架轮21，支架轮21的移动确保可以调节冷水箱与热水箱间的水平距离，进而改变热管热端、冷端长度，并且适用于不同长度热管的实验。
热水箱5内有搅拌轮6，冷水箱10内有搅拌轮11，搅拌轮的搅动确保流体与热管换热均匀。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种测定热管导热系数的实验装置，包括热水回路Ⅰ，冷水回路Ⅱ，与热水回路Ⅰ通过管道连接的热水箱(5)和与冷水回路Ⅱ通过管道连接的冷水箱(10),其中，热管(7)的热端和冷端分别伸入热水箱(5)和冷水箱(10)内；冷水箱(10)或热水箱(5)能够移动，以调节冷水箱与热水箱间的水平距离；热水回路Ⅰ包括热水锅炉(1)，换热器(2)、变频水泵(26)以及设置在与热水箱(5)相连通的管道上的进水阀(3)，流量计(24)和回水阀(25)，通过调节热水锅炉加热功率，调节热端变频水泵(26)频率或者阀门开度，进而改变热端流体温度和流体流速；冷水回路Ⅱ包括制冷机(14)和变频水泵(16)，在制冷机(14)的出口与连通到冷水箱(10)的管道上设置有进水阀(13)，在制冷机(14)的进口与冷水箱底部之间连通的管道上设置有变频水泵(16)、流量计(18)和回水阀(17)，通过调节制冷机制冷功率，调节冷端变频水泵(16)频率或者阀门开度，进而改变冷端流体温度、流体流速。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，在热管(7)的不同部位、热水箱(5)和冷水箱(10)的进口和出口分别设置有温度传感器。
3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，热水箱(5)四周内壁铺设电阻丝(31)，电阻丝(31)由电源调控器(32)提供电源和调节功率。
4.根据权利要求1的所述的实验装置，其特征在于，冷水箱(10)底部有支架轮(2)。
据权利要求(1)的所述的实验装置，其特征在于，热水箱和冷水箱(10)内均设置有搅拌轮(11)。
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