CN107228877A - 一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，包括对平板热管的蒸发段加热的加热单元、对平板热管的冷凝段冷却的水冷单元、测量平板热管温度的测温单元、倾角调节支架；倾角调节支架包括固定平板热管的蒸发段的加热端基座、固定平板热管的冷凝段的水冷端基座、水冷端基座连接件、固定机架、可调机架、前后平移机构、上下平移机构；加热端基座和固定机架铰接，水冷端基座和水冷端基座连接件铰接，水冷端基座连接件和可调机架通过上下平移机构相接，可调机架和固定机架通过前后平移机构连接。本发明结构简单，平板热管可以在0到90°的任意倾角下进行测试，且无需拆下平板热管即可调整角度，属于热管传热性能测试技术领域。

Description

一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置

技术领域

本发明涉及热管传热性能测试技术领域，具体的说，涉及一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置。

背景技术

热管是一种基于气液相变原理的高效传热元件，其传热能力比金属材料高很多，大约是铜棒的数百倍，其因具有强传热能力在电子设备、汽车、军事等行业被广泛应用。热管一般由管壳、工质和吸液芯组成，管壳内有吸液芯结构，并填充了一定质量的液体作为工质。当蒸发端升温后，内部的液体工质会吸热并在低压下转变成气态，产生的大量气体会使蒸发端产生高压；在热管两端高低压强差的作用下，被加热的汽态蒸汽会迅速到达热管冷凝端，并通过外部冷却释放热量冷凝成液态；冷凝后的工质通过吸液芯的毛细力作用回流到蒸发端，并再次汽化，如此反复循环，即可实现将蒸发端的热量迅速地传递到冷凝端的传热功能。

平板热管作为一种新型的热管技术，具有热导率高、均温性良好、对工作环境要求低等优点，在热设计中应用广泛。因为在使用过程中对平板热管的传热性能和可靠性要求很高，所以对于其传热性能的检测十分重要。平板热管的性能评价一般包括启动特性、等温特性等。在实际应用中，平板热管会被以不同的形式布置，平板热管的倾角对其传热性能有很大的影响，有的工作倾角甚至可能会使热管无法正常工作。然而目前的测试装置中平板热管一般为固定的几个角度测量，不能反映其在任意倾角的所有工况。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种可实现多角度工况测试的倾角可调的平板热管传热性能测试装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，包括对平板热管的蒸发段加热的加热单元、对平板热管的冷凝段冷却的水冷单元、测量平板热管温度的测温单元、倾角调节支架；倾角调节支架包括固定平板热管的蒸发段的加热端基座、固定平板热管的冷凝段的水冷端基座、水冷端基座连接件、固定机架、可调机架、前后平移机构、上下平移机构；加热端基座和固定机架铰接，水冷端基座和水冷端基座连接件铰接，水冷端基座连接件和可调机架通过上下平移机构相接，可调机架和固定机架通过前后平移机构连接。

作为一种优选，一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，还包括两个压紧气缸；一个压紧气缸安装在加热端基座上，将平板热管的蒸发段夹紧在加热端基座上；另一个压紧气缸安装在水冷端基座上，将平板热管的冷凝段夹紧在水冷端基座上。

作为一种优选，加热单元包括加热块、隔热底座、加热棒、功率计、变压器、电源；平板热管、加热块、隔热底座、加热端基座依次紧贴安装，加热棒安装在加热块内，加热棒、功率计、变压器、电源依次连接。

作为一种优选，加热棒的数量为多根；加热块内设置数量与加热棒相同的沉孔，沉孔在加热块内均匀布置，加热棒的表面涂覆导热硅胶后装入沉孔中。

作为一种优选，水冷单元包括水冷板、水箱、水泵；平板热管、水冷板、水冷端基座依次紧贴安装，水冷板内设有冷却水道，冷却水道、水箱、水泵相接成循环水路。

作为一种优选，测温单元包括无线温度采集仪和多个测温热电偶；测温热电偶的数量为多个，沿着平板热管的长度方向均匀布置，无线温度采集仪采集测温热电偶测得的温度数据。

作为一种优选，上下平移机构包括开设在可调机架上的竖直凹槽和锁紧螺丝；水冷端基座连接件沿着竖直凹槽上下滑移，并通过锁紧螺丝锁紧在竖直凹槽中。

作为一种优选，前后平移机构包括带有水平凹槽的水平支撑杆和锁紧螺丝；可调机架沿着水平凹槽前后滑移，并通过锁紧螺丝锁紧在水平凹槽中。

作为一种优选，水平支撑杆位于固定机架的左右两侧，当可调机架正对和包围固定机架时，水冷端基座设置于加热端基座的正上方，平板热管竖直设置。

作为一种优选，压紧气缸与平板热管的蒸发段之间设有PU胶垫，另一个压紧气缸与平板热管的冷凝段之间设有PU胶垫。

本发明的原理是：通过加热单元对平板热管的蒸发段加热，通过水冷单元对平板热管的冷凝段进行冷却，调节水冷端基座的前后位置和高低位置，从而调节平板热管的倾角。在平板热管上表面的蒸发段、绝热段和冷凝段各贴紧若干个个测温热电偶，通过无线温度采集仪可读出各点温度。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.结构简单，安全可靠，平板热管可以在0到90°的任意倾角下进行测试，且无需拆下平板热管即可调整角度。

2.加热功率可控，加热棒涂覆导热硅胶保证加热块的均温性。

3.设有PU胶垫，防止将平板热管挤压变形。

附图说明

图1是一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置的立体图。

图2是一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置的水路和电气连接图。

图3a和3b是平板热管处于0度工况位置的右视图和立体图。

图4a和4b是平板热管处于30度工况位置的右视图和立体图。

图5a和5b是平板热管处于60度工况位置的右视图和立体图。

图6a和6b是平板热管处于90度工况位置的右视图和立体图。

其中，1为压紧气缸，2为加热端基座，3为平板热管，4为加热块，5为隔热底座，6为加热棒，7为固定机架，8为出入水口，9为水冷端基座连接件，10为水冷板，11为PU胶垫，12为水冷端基座，13为可调机架，14为水箱，15为水泵，16为无线温度采集仪，17为测温热电偶，18为功率计，19为变压器，20为电源。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，包括对平板热管的蒸发段加热的加热单元、对平板热管的冷凝段冷却的水冷单元、测量平板热管温度的测温单元、倾角调节支架。

加热单元包括加热块、隔热底座、加热棒、功率计、变压器、电源；平板热管、加热块、隔热底座、加热端基座依次紧贴安装，加热棒安装在加热块内，加热棒、功率计、变压器、电源依次连接。加热棒的数量为五根，直径为φ8mm，长度为50mm；加热块由200mm*60mm*20mm紫铜加工而成，侧面加工数量与加热棒相同的直径8.1mm、深52mm的沉孔，沉孔在加热块内均匀布置，加热棒的表面涂覆导热硅胶后装入沉孔中。隔热底座由导热系数小的电木制成，放置在加热块底部。通过调节变压器可改变输入功率，从而给加热块加热。

水冷单元包括水冷板、水箱、水泵；平板热管、水冷板、水冷端基座依次紧贴安装，水冷板内设有冷却水道，冷却水道、水箱、水泵相接成循环水路。200mm*60mm*20mm的铝制水冷板，内部加工有U形的冷却水道，加上塑料软质水管、水箱、水泵等构成的水冷循环回路。

测温单元包括无线温度采集仪和六个测温热电偶；测温热电偶沿着平板热管的长度方向均匀布置，无线温度采集仪采集测温热电偶测得的温度数据。

倾角调节支架包括固定平板热管的蒸发段的加热端基座、固定平板热管的冷凝段的水冷端基座、水冷端基座连接件、固定机架、可调机架、前后平移机构、上下平移机构、两个压紧气缸。加热端基座和固定机架铰接，从而压紧气缸、平板热管、加热块、隔热底座、加热端基座整个可绕着轴转动。水冷端基座和水冷端基座连接件铰接，从而压紧气缸、平板热管、水冷板、水冷端基座整个可绕轴转动。水冷端基座连接件和可调机架通过上下平移机构相接，可调机架和固定机架通过前后平移机构连接。上下平移机构包括开设在可调机架上的竖直凹槽和锁紧螺丝；水冷端基座连接件沿着竖直凹槽上下滑移，并通过锁紧螺丝锁紧在竖直凹槽中。前后平移机构包括带有水平凹槽的水平支撑杆和锁紧螺丝；可调机架沿着水平凹槽前后滑移，并通过锁紧螺丝锁紧在水平凹槽中。压紧气缸为直线气缸，一个压紧气缸安装在加热端基座上，将平板热管的蒸发段夹紧在加热端基座上，压紧气缸与平板热管的蒸发段之间设有PU胶垫；另一个压紧气缸安装在水冷端基座上，将平板热管的冷凝段夹紧在水冷端基座上，压紧气缸与平板热管的冷凝段之间设有PU胶垫。

该测试装置的安装调整过程如下：

首先用铝型材搭建固定机架和可调机架。安装加热单元时先在五根加热棒的管壁面涂上导热硅脂，再分别装配到加热块的五个沉孔内，后把加热块放置在隔热底座的凹槽内并将隔热底座与加热端基座固定，在加热端基座的上部安装压紧气缸，压紧气缸头部装有PU胶垫防止将平板热管挤压变形。最后将加热端基座与固定机架铰接，保证其能绕轴旋转。水冷板固定在水冷端基座上，其内部为U形冷却水道，通过连接塑料管、水箱、水泵构成水冷系统来保证平板热管的冷凝端的低温。水冷端基座上方同样安装有压紧气缸来夹紧平板热管。不同的是水冷端基座两端分别铰接到水冷端基座连接件上，水冷端基座连接件卡在可调机架的竖直凹槽内，可以顺着竖直凹槽上下移动，再加上可调机架的下端可以沿着水平凹槽前后移动，使得水冷端基座可在空间内上下左右移动，同时可绕轴翻转。当需要调节平板热管的倾角时，只需松开水冷端基座连接件上和可调机架上的锁紧螺丝，上下移动水冷端基座，可调机架随之水平移动，调整好倾角后旋紧锁紧螺丝即可。水平支撑杆位于固定机架的左右两侧，当可调机架正对和包围固定机架时，水冷端基座设置于加热端基座的正上方，平板热管竖直设置。测温前将测温热电偶紧贴在平板热管上表面的中心线处，在其蒸发段、绝热段和冷凝段各均匀排布两个热电偶，以测量三个部分的平均温度。

该测试装置的具体测试方法如下：

(1)启动性能测试：调整好所需的测试倾角，启动水泵。通过可调变压器控制输入功率，在要求工况下开始加热。从无线温度采集仪上记录下加热前后各测温热电偶采集到的温度，并记录下平板热管温度从升高达到稳定状态的时间，时间越短则该平板热管启动性能越好；

(2)等温性能测试：调整好所需的测试倾角，启动水泵。通过可调变压器控制输入功率，在要求工况下开始加热。待平板热板温度达到稳定状态后，记录下各测温热电偶采集的温度，计算出蒸发段与冷凝段的平均温度，求差值。差值越小该平板热管等温性能越好。

除了本实施例提及的方式外，上下平移机构和前后平移机构可采用机械领域常见的实现平移功能的结构；测温热电偶的数量可根据实际需要进行选择。这些变换方式均在本发明的保护范围内。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，其特征在于：包括对平板热管的蒸发段加热的加热单元、对平板热管的冷凝段冷却的水冷单元、测量平板热管温度的测温单元、倾角调节支架；倾角调节支架包括固定平板热管的蒸发段的加热端基座、固定平板热管的冷凝段的水冷端基座、水冷端基座连接件、固定机架、可调机架、前后平移机构、上下平移机构；加热端基座和固定机架铰接，水冷端基座和水冷端基座连接件铰接，水冷端基座连接件和可调机架通过上下平移机构相接，可调机架和固定机架通过前后平移机构连接。

2.按照权利要求1所述的一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，其特征在于：还包括两个压紧气缸；一个压紧气缸安装在加热端基座上，将平板热管的蒸发段夹紧在加热端基座上；另一个压紧气缸安装在水冷端基座上，将平板热管的冷凝段夹紧在水冷端基座上。

3.按照权利要求1所述的一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，其特征在于：加热单元包括加热块、隔热底座、加热棒、功率计、变压器、电源；平板热管、加热块、隔热底座、加热端基座依次紧贴安装，加热棒安装在加热块内，加热棒、功率计、变压器、电源依次连接。

4.按照权利要求3所述的一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，其特征在于：加热棒的数量为多根；加热块内设置数量与加热棒相同的沉孔，沉孔在加热块内均匀布置，加热棒的表面涂覆导热硅胶后装入沉孔中。

5.按照权利要求1所述的一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，其特征在于：水冷单元包括水冷板、水箱、水泵；平板热管、水冷板、水冷端基座依次紧贴安装，水冷板内设有冷却水道，冷却水道、水箱、水泵相接成循环水路。

6.按照权利要求1所述的一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，其特征在于：测温单元包括无线温度采集仪和多个测温热电偶；测温热电偶的数量为多个，沿着平板热管的长度方向均匀布置，无线温度采集仪采集测温热电偶测得的温度数据。

7.按照权利要求1所述的一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，其特征在于：上下平移机构包括开设在可调机架上的竖直凹槽和锁紧螺丝；水冷端基座连接件沿着竖直凹槽上下滑移，并通过锁紧螺丝锁紧在竖直凹槽中。

8.按照权利要求7所述的一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，其特征在于：前后平移机构包括带有水平凹槽的水平支撑杆和锁紧螺丝；可调机架沿着水平凹槽前后滑移，并通过锁紧螺丝锁紧在水平凹槽中。

9.按照权利要求8所述的一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，其特征在于：水平支撑杆位于固定机架的左右两侧，当可调机架正对和包围固定机架时，水冷端基座设置于加热端基座的正上方，平板热管竖直设置。

10.按照权利要求2所述的一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置，其特征在于：压紧气缸与平板热管的蒸发段之间设有PU胶垫，另一个压紧气缸与平板热管的冷凝段之间设有PU胶垫。