CN109342253A - 一种环路热管毛细芯性能测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环路热管毛细芯性能测试装置及其测试方法，属于热管领域。本发明包括蒸发器主壳体、底座和盖板，蒸发器主壳体的两端通过底座和盖板密封，蒸发器主壳体侧壁上开设有供蒸汽外逸的蒸汽通孔；毛细芯设置于蒸发器主壳体内，且毛细芯的上下表面分别与盖板和底座贴合，底座内设置有运输管道，该运输管道一端与毛细芯的下表面相连，另一端与工质容器相连，用于输送工质；工质容器下方设有测重单元；盖板上设有加热单元。本发明克服现有技术中毛细芯性能测试受诸多因素影响不能真实准确反映毛细芯实际性能的不足，将毛细芯与工质分离，通过实时测量毛细芯的相变速率及测点温度，可以真实准确地反应出毛细芯的性能。
Description
技术领域
本发明涉及热管技术领域，更具体地说，涉及一种环路热管毛细芯性能测试装置及其测试方法。
背景技术
环路热管(LoopHeatPipe，简称LHP)是一种分离式热管，利用工质相变将热量由热源传递至外界，具有传热性能好、无需外力、可实现远距离传输等优点。环路热管的蒸发器与冷凝器由蒸汽管路与液体管路相连实现分离，毛细芯位于蒸发器内，为系统提供相变场所，又是系统唯一动力来源。系统工作过程如下：蒸发器紧密贴合热源，热量由蒸发器传导至毛细芯内部，工质受热发生相变，并在毛细芯内生成相变界面，蒸汽通过蒸汽管道进入冷凝器，再次相变生成过冷液体，过冷液体通过液体管道回流至蒸发器的补偿腔，补偿腔内液体补充至毛细芯供系统相变，这一蒸发-冷凝循环过程将热源热量不断传递至外界。
毛细芯作为环路热管唯一动力来源，又是系统相变场所，其性能直接影响环路热管，理想状态下加载至环路热管的热量可由工质相变全部带走，但实际运行过程中，环路热管伴随着低功率启动难，高功率散热难等问题，这些问题均与毛细芯性能有关。
毛细芯对环路热管起着关键的作用，但直观反应其性能的测试装置及方法并不多见，例如专利号CN2015108219435和CN201620725268中所提到的毛细芯测试装置和方法，其测试装置及方法均是加工好整个蒸发器乃至整个热管，整个蒸发器或是热管系统是较为复杂，不能直接毛细芯性能进行表征，不能较好地反映出毛细芯本身性能。
又如专利号CN2018102387214的申请案对以上测试装置及方法进行简化，通过测量毛细芯抽吸量反映毛细芯相变速率，对毛细芯直接进行加热，底部接触水面，利用毛细抽吸力补充相变工质，由于毛细芯与工质液面直接接触存在背向漏热，工质温度受加热功率及时长影响难以控制，从而影响毛细芯相变速率，因而不能准确反映毛细芯本身的性能。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中毛细芯性能测试受诸多因素影响不能真实准确反映毛细芯实际性能的不足，提供了一种环路热管毛细芯性能测试装置，将毛细芯与工质分离，通过实时测量毛细芯的相变速率及测点温度，可以真实准确地反应出毛细芯的性能；本发明同时还提供了一种环路热管毛细芯性能的测试方法，利用上述测试装置进行完成，测试准确可靠，操作简单便捷。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种环路热管毛细芯性能测试装置，包括蒸发器主壳体、底座和盖板，蒸发器主壳体的两端通过底座和盖板密封，蒸发器主壳体侧壁上开设有供蒸汽外逸的蒸汽通孔；毛细芯设置于蒸发器主壳体内，且毛细芯的上下表面分别与盖板和底座贴合，底座内设置有运输管道，该运输管道一端与毛细芯的下表面相连，另一端与工质容器相连，用于输送工质；工质容器下方设有测重单元；盖板上设有加热单元。
更进一步地，还包括测温单元，该测温单元包括设置于装置内部各处的热电偶，和用于收集温度信息的数据采集仪。
更进一步地，还包括设置于底座下方用于调节毛细芯高度的调节单元，该调节单元一侧还设有用于显示毛细芯高度变化的标识单元。
更进一步地，调节单元包括上下平行设置的调节架，两根调节架的之间设置有呈X形交叉分布的开合架，两根开合架的中部铰接，且开合架的端部分别能够沿调节架长度方向滑动，开合架的一端还设有调节杆。
更进一步地，盖板与蒸发器主壳体之间通过紧固件紧固连接，且盖板与蒸发器主壳体之间设置有密封圈，盖板与毛细芯相贴合的底部上开设有多个流通凹槽。
更进一步地，底座上部设置有螺纹段，底座与蒸发器主壳体的内腔通过螺纹紧密配合。
更进一步地，底座和蒸发器主壳体均采用透明材质。
更进一步地，盖板与蒸发器主壳体的内腔内壁之间具有1-5mm间隙。
更进一步地，盖板顶部与底部、毛细芯的顶部与底部、运输管道内部和蒸发器主壳体蒸汽通孔内部均设置有热电偶。
本发明的一种环路热管毛细芯性能的测试方法，包括以下步骤：
A、将毛细芯装入蒸发器主壳体内部，布置好温度测点和密封圈，蒸发器主壳体两端通过底座和盖板密封；毛细芯通过运输管道与工质相连；
B、调节工质温度，通过调节单元控制毛细芯高度，调节压差；
C、打开加热系统，调节加热功率对毛细芯进行加热；
D、观察测量过程，待系统温度稳定，记录并保存实验数据，然后处理并分析数据。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种环路热管毛细芯性能测试装置，采用分离式毛细芯相变测量装置，工质温度可调，通过调节单元改变毛细芯与工质压差，能够精确实时测量毛细芯蒸发速率及测点温度，设备简易，操作简单，测量全面，测试结果真实准确且从从方面反映出毛细芯的性能。
(2)本发明的一种环路热管毛细芯性能测试装置，毛细芯与工质分离，通过液体管道将毛细芯与工质相连，利用测重单元直接准确测量毛细芯相变速率，相对于通过测量收集蒸汽的质量来反映相变速率，无明显延迟，更能准确反映毛细芯性能。
(3)本发明的一种环路热管毛细芯性能测试装置，毛细芯与工质分离，使工质温度不受毛细芯背向漏热影响，可以通过改变工质温度，比较不同工质温度下毛细芯相变速率，反映不同工况下毛细芯性能。
(4)本发明的一种环路热管毛细芯性能测试装置，底座下方用于调节毛细芯高度的调节单元，该调节单元一侧还设有用于显示毛细芯高度变化的标识单元，通过调节单元可以改变毛细芯高度，利用标识单元来精确测量毛细芯与工质的压差，从而改变毛细芯的工作压力，通过调节毛细芯相变界面与液面的压差，比较不同压差下的相变速率，更能准确反映毛细芯抽吸性能和渗透性能。
(5)本发明的一种环路热管毛细芯性能测试装置，底座和蒸发器主壳体均采用透明材质，可以观察内部工质气液分布状态、毛细芯外工质相变状态，间接反映毛细芯性能，还可进一步在整体装置上进行可视化实验。
(6)本发明的一种环路热管毛细芯性能测试装置，底座与蒸发器主壳体的内腔通过螺纹紧密配合，通过旋紧底座的高度可以测量不同厚度的毛细芯，操作较为简易，制作成本较低，适用性更广。
附图说明
图1为本发明的一种环路热管毛细芯性能测试装置的结构示意图。
示意图中的标号说明：
100、毛细芯；200、蒸发器主壳体；210、蒸汽出口；300、底座；400、盖板；410、紧固件；420、流通凹槽；430、密封圈；500、测重单元；510、工质容器；520、工质；530、运输管道；600、调节架；610、开合架；620、调节杆；630、标识单元；700、控制单元；710、加热单元；800、数据采集仪；810、热电偶；900、分析处理单元。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种环路热管毛细芯性能测试装置，包括蒸发器主壳体200、底座300和盖板400，其中蒸发器主壳体200的两端通过底座300和盖板400密封，蒸发器主壳体200侧壁上开设有供蒸汽外逸的蒸汽通孔；毛细芯100设置于蒸发器主壳体200内，且毛细芯100的上下表面分别与盖板400和底座300贴合，底座300内设置有运输管道530，该运输管道530一端与毛细芯100的下表面相连，另一端与工质容器510相连，用于输送工质520；工质容器510下方设有测重单元500，具体可采用电子天平；盖板400上设有加热单元710，该加热单元710可采用电加热，且加热单元710与控制单元700相连，控制单元700可控制调节加热功率大小，加热单元710外侧包裹有保温材料。
本实施例还包括测温单元，该测温单元包括设置于装置内部各处的热电偶810，和用于收集温度信息的数据采集仪800，热电偶810与数据采集仪800相连，该数据采集仪800与分析处理单元900相连，分析处理单元900具体可采用计算机，用于对采集接收到的信息进行分析处理。本实施例中根据测试需求可对应在不同位置设置多组温度测点，具体如在盖板400顶部与底部、毛细芯100的顶部与底部、运输管道530内部和蒸发器主壳体200蒸汽通孔内部均设置有热电偶810，可直接接触测量各部件位置温度，所测温度更加准确，测试结果更能直观反映毛细芯100应用于环路热管的性能。
本实施例还包括设置于底座300下方用于调节毛细芯100高度的调节单元，该调节单元一侧还设有用于显示毛细芯100高度变化的标识单元630，具体可采用刻度尺，调节单元包括上下平行设置的调节架600，上部的调节架600设置于底座300底部，两根调节架600之间设置有呈X形交叉分布的开合架610，两根开合架610的中部铰接，且开合架610的端部分别能够沿调节架600长度方向滑动，两根开合架610能够张开缩紧，从而实现高度位置的变化，从而调节毛细芯100的高度变化，具体地，开合架610的端部设置有滑块，调节架600上开设有与该滑块相配合的轨道，当开合架610开合收缩时其端部即在调节架600上滑动，开合架610的一端还设有调节杆620，便于人工操作调节开合架610的开合角度，即控制毛细芯100的高度变化。调节架600的一侧设置有标识单元630，可以直接显示出毛细芯100的高度变化。本实施例通过调节单元可以改变毛细芯100高度，利用标识单元630来精确测量毛细芯100与工质520的压差，从而改变毛细芯100的工作压力，通过调节毛细芯100相变界面与液面的压差，比较不同压差下的相变速率，更能准确反映毛细芯100抽吸性能和渗透性能。
本实施例中盖板400与蒸发器主壳体200之间通过紧固件410紧固连接，且盖板400与蒸发器主壳体200之间设置有密封圈430，盖板400与毛细芯100相贴合的底部上开设有多个流通凹槽420，盖板400与蒸发器主壳体200的内腔内壁之间还具有1-5mm间隙。具体地，蒸发器主壳体200的柱状壳体顶端设置有用于紧固的边缘段，盖板400包括伸入蒸发器主壳体200腔体内部与毛细芯100相贴合的内腔段，该内腔段的边缘设置有向外延伸的固定段，该固定段与蒸发器主壳体200的边缘段相配合，用于设置紧固件410并锁紧，紧固件410可采用紧固螺栓，且该固定段和边缘段之间设置有密封圈430，充分保障密封性；流通凹槽420即设置在盖板400的内腔段底部，且内腔段侧壁与蒸发器主壳体200的内腔内壁之间具有一定间隙，该间隙与多个流通凹槽420之间均形成供蒸汽流通空间，与蒸发器主壳体200侧壁上设置的蒸汽通孔相连通，供蒸汽逸出。
本实施例中工质520可采用水、乙醇、丙酮等沸点较低且无危害液体，在环路热管运行过程中，工质520在毛细芯100内发生相变，依靠毛细抽吸力使工质520得到及时补充，在环路热管稳定运行时补充的工质520与相变量相同，基于此，本实施例毛细芯100上表面与盖板400紧密贴合，下表面与运输管道530相连，加热后毛细芯100内部工质发生相变，利用毛细抽吸力将工质抽吸至相变界面，利用测重单元500测量相变速率，通过热电偶810测量整体运行时各点温度，本实施例采用分离式毛细芯相变测量装置，工质520温度可调，通过调节单元改变毛细芯100与工质520压差，能够精确实时测量毛细芯100蒸发速率及测点温度，设备简易，操作简单，测量全面，测试结果真实准确且从从方面反映出毛细芯100的性能。
本实施例中毛细芯100与工质520分离，通过液体管道将毛细芯100与工质520相连，利用测重单元500直接准确测量毛细芯100相变速率，相对于通过测量收集蒸汽的质量来反映相变速率，无明显延迟，更能准确反映毛细芯100性能；其次，毛细芯100与工质520分离，使工质520温度不受毛细芯100背向漏热影响，可以通过改变工质520温度，比较不同工质温度下毛细芯100相变速率，反映不同工况下毛细芯100性能。
本实施例的一种环路热管毛细芯性能的测试方法，采用上述测试装置，包括以下步骤：
A、将毛细芯100装入蒸发器主壳体200内部，布置好各个温度测点和密封圈430，夹紧并固定整体装置，蒸发器主壳体200两端通过底座300和盖板400密封；用保温材料包裹加热单元710，将各部件对应连接并打开测重单元500、控制单元700、加热单元710、热电偶810、数据采集仪800和分析处理单元900等，将毛细芯100通过运输管道530与工质520相连；
B、调节工质520温度，通过调节单元控制毛细芯100高度，调节压差；
C、打开加热系统，调节加热功率对毛细芯100进行加热；
D、观察测量过程，待系统温度稳定，记录并保存实验数据，然后处理并分析数据，总结毛细芯100性能。
实施例2
本实施例的一种环路热管毛细芯性能测试装置，基本同实施例1，更进一步地，本实施例中底座300上部设置有螺纹段，底座300与蒸发器主壳体200的内腔通过螺纹紧密配合，使得底座300能够与蒸发器主壳体200紧密贴合并向内夹紧毛细芯100，且底座300的顶端侧壁与蒸发器主壳体200的内腔内壁之间也具有一定间隙，可以有效减少底座300的磨损。本实施例通过旋紧底座300的高度可以测量不同厚度的毛细芯100，操作较为简易，制作成本较低，适用性更广。其次，本实施例中底座300和蒸发器主壳体200均采用透明材质，可以观察内部工质520气液分布状态、毛细芯100外工质520相变状态，间接反映毛细芯100性能，还可进一步在整体装置上进行可视化实验。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种环路热管毛细芯性能测试装置，其特征在于：包括蒸发器主壳体(200)、底座(300)和盖板(400)，蒸发器主壳体(200)的两端通过底座(300)和盖板(400)密封，蒸发器主壳体(200)侧壁上开设有供蒸汽外逸的蒸汽通孔；毛细芯(100)设置于蒸发器主壳体(200)内，且毛细芯(100)的上下表面分别与盖板(400)和底座(300)贴合，底座(300)内设置有运输管道(530)，该运输管道(530)一端与毛细芯(100)的下表面相连，另一端与工质容器(510)相连，用于输送工质(520)；工质容器(510)下方设有测重单元(500)；盖板(400)上设有加热单元(710)。
2.根据权利要求1所述的一种环路热管毛细芯性能测试装置，其特征在于：还包括测温单元，该测温单元包括设置于装置内部各处的热电偶(810)，和用于收集温度信息的数据采集仪(800)。
3.根据权利要求1所述的一种环路热管毛细芯性能测试装置，其特征在于：还包括设置于底座(300)下方用于调节毛细芯(100)高度的调节单元，该调节单元一侧还设有用于显示毛细芯(100)高度变化的标识单元(630)。
4.根据权利要求3所述的一种环路热管毛细芯性能测试装置，其特征在于：调节单元包括上下平行设置的调节架(600)，两根调节架(600)的之间设置有呈X形交叉分布的开合架(610)，两根开合架(610)的中部铰接，且开合架(610)的端部分别能够沿调节架(600)长度方向滑动，开合架(610)的一端还设有调节杆(620)。
5.根据权利要求1所述的一种环路热管毛细芯性能测试装置，其特征在于：盖板(400)与蒸发器主壳体(200)之间通过紧固件(410)紧固连接，且盖板(400)与蒸发器主壳体(200)之间设置有密封圈(430)，盖板(400)与毛细芯(100)相贴合的底部上开设有多个流通凹槽(420)。
6.根据权利要求1所述的一种环路热管毛细芯性能测试装置，其特征在于：底座(300)上部设置有螺纹段，底座(300)与蒸发器主壳体(200)的内腔通过螺纹紧密配合。
7.根据权利要求1所述的一种环路热管毛细芯性能测试装置，其特征在于：底座(300)和蒸发器主壳体(200)均采用透明材质。
8.根据权利要求1所述的一种环路热管毛细芯性能测试装置，其特征在于：盖板(400)与蒸发器主壳体(200)的内腔内壁之间具有1-5mm间隙。
9.根据权利要求2-8任一项所述的一种环路热管毛细芯性能测试装置，其特征在于：盖板(400)顶部与底部、毛细芯(100)的顶部与底部、运输管道(530)内部和蒸发器主壳体(200)蒸汽通孔内部均设置有热电偶(810)。
10.一种环路热管毛细芯性能的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将毛细芯(100)装入蒸发器主壳体(200)内部，布置好温度测点和密封圈(430)，蒸发器主壳体(200)两端通过底座(300)和盖板(400)密封；毛细芯(100)通过运输管道(530)与工质(520)相连；
B、调节工质(520)温度，通过调节单元控制毛细芯(100)高度，调节压差；
C、打开加热系统，调节加热功率对毛细芯(100)进行加热；
D、观察测量过程，待系统温度稳定，记录并保存实验数据，然后处理并分析数据。
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