CN110160812B - 一种振荡热管、回转式测试平台及换热性能评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种振荡热管、回转式测试平台及基于平台的评价方法，包括管体，所述管体包括环形主管和多个与所述主管串联的副管，其特征在于：所述管体在竖直方向上包括冷却段和多个依次连接的换热部，所述换热部包括连通的加热段和绝热段，所述管体设置用于进液和出液的入料口和出料口。优点在于测量平台便于搭建，由于采用取平均值的做法，避免偶然因素的干扰、减少数据误差，使测试结果更加准确，为多个加热段的振荡热管的实际应用提供数据基础。

Description

一种振荡热管、回转式测试平台及换热性能评价方法
技术领域
本发明涉及振荡热管技术领域，具体涉及一种振荡热管、回转式测试平台及换热性能评价方法。
背景技术
振荡热管作为一种新型高效的传热原件，在散热技术问题日趋严峻的形势下备受研究人员的关注。振荡热管虽然构造简单，但振荡热管运行时却是多参数共同作用的带有一定随机性的复杂气液二相流动换热系统，其运行和换热机理非常复杂。振荡热管作为一种两相传热装置，其运行状态下存在工质相变，传热性能远高于一般金属导热能力，目前实际使用是振荡热管设置有多个加热段的，但是并没有相关研究表明多个加热段对于振荡热管的换热性能有多大的影响，即不清楚多个加热段对于换热性能的提升或抑制能力。
发明内容
有鉴于此，本发明目的之一使提供一种振荡热管，优点是包括多个换热部，使实验的结果更加准确；目的之二使提供了一种回转型振荡热管换热性能测试平台，通过模拟数控机床热源布置形式和热源载荷，采取多热源方式保证振荡热管有多个加热段。根据数控机床典型工况条件下的热源功率设置振荡热管换热性能试验平台的加工功率，采用电阻丝通电的方式模拟数控机床将热量传导到振荡热管。通过数据采集分析系统测得加热段和冷凝段温差以及加热功率，获取振荡热管系统的传热量Q和热阻变化，同时设置了旋转装置，为分析旋转速率对振荡热管换热性能评价提供了平台；目的之三使提供了基于测试平台的振荡热管换热性能测试方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种振荡热管，包括管体，所述管体包括环形主管和多个与所述主管串联的副管，其特征在于：所述管体在竖直方向上包括冷却段和多个依次连接的换热部，所述换热部包括连通的加热段和绝热段，所述管体设置用于进液和出液的入料口和出料口。
一种回转型测试平台，包括
如上文所述的振荡热管；
旋转装置，用于使所述振荡热管以轴线方向为轴旋转；
还包括，
抽真空与注液系统：与所述振荡热管的入料口连接；
循环冷却系统：与所述振荡热管的冷却段连接；
加热系统：与所述振荡热管的加热段连接；
数据采集分析系统：与所述振荡热管连接，用于采集所述振荡热管的加热段、冷却段、入料口、出料口的温度。
进一步，所述循环冷却系统包括依次连接的恒温水浴箱、循环气泵、转子流量计。
进一步，还包括设置在所述振荡热管内部的工质。
进一步，所述加热系统为直流加热系统。
进一步，所述直流加热系统采用电阻丝通电的方式加热。
进一步，所述入料口、加热段、绝热段、冷却段、出料口均设置温度传感器。
一种换热性能评价方法，采用如上文所述的一种回转型测试平台；
所述评价方法包括以下步骤：
步骤1：调节振荡热管的旋转速度；
步骤2：通过抽真空与注液系统对振荡热管抽真空并注入工质；
步骤3：开启循环冷却系统、加热系统和数据采集分析系统；
步骤4：采集出料口和入料口的温度数据，处理数据；
步骤5：变化振荡热管的旋转速度，重复步骤4；
步骤6：排出工质。
进一步，所述步骤4具体包括以下步骤：
步骤41：将采集到的所述入料口和所述出料口测得的温度数据取平均值，所述平均值即为所述入料口或出料口的实际温度，出料口实际温度为T1，入料口实际温度为T2；
步骤42：采用传热量Q表征二元混合工质振荡热管的传热性能，将获得的入料口和出料口的实际温度带入如下公式，可获得传热量Q，传热量Q表示为：
Q＝mCP(T1-T2)
其中，m为工质质量流量，CP为工质定压比热容；
步骤43：采用运行热阻R表征二元混合工质振荡热管的运行特性，将获得的入料口和出料口的实际温度带入如下公式，可获得运行热阻R，运行热阻R表示为：
Figure BDA0002058726180000031
其中，P为所述加热系统的热源功率
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明通过模拟数控机床热源布置形式和热源载荷，采取多热源方式保证振荡热管有多个加热段，通过数据采集分析系统测得出料口和出料口温差以及加热功率，获取振荡热管系统热阻变化和传热量。优点在于测量平台便于搭建，由于采用取平均值的做法，避免偶然因素的干扰、减少数据误差，使测试结果更加准确，为多个加热段的振荡热管的实际应用提供数据基础。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为一种回转式测试平台的结构示意图；
图2振荡热管平面图；
图3为评价方法流程图。
图中，1为抽真空与注液系统，2为循环冷却系统，3为加热系统，4为数据采集分析系统，5为振荡热管，6为冷却段，7为绝热段，8为加热段，9为入料口，10为出料口，11为旋转装置，12为主管，13为副管，21为恒温水箱，22为循环气泵，23为转子流量计。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本实施例提供的一种振荡热管5，如图2所示，包括管体，管体包括环形主管和多个与所述主管串联的副管，如图1所示，振荡热管5在竖直方向包括多个依次连接的换热部、冷却段6、入料口9、出料口10，换热部包括加热段8和绝热段7，振荡热管5设置入料口9和出料口10连通，本实施例中入料口9和出料口10均位于主管。
本实施例提出一种回转型振荡热管换热性能测试平台，如图1所示，包括本实施例中所述的一种振荡热管5；
旋转装置11，用于使振荡热管5以轴线方向为轴旋转；
抽真空与注液系统1：与入料口9连接，对测试平台进行抽真空处理，注入工质；本实施例中采用的工质为纳米流体，也可以采用丙酮-水工质，氧化铝-纳米流体、自润湿流体、二元混合工质及除上述工质外的其他工质。
循环冷却系统2：与冷却段6连接，对工质进行冷却；本实施例中的循环冷却系统2包括恒温水浴箱21、循环气泵22、转子流量计23，主要是对到达冷却段6的工质进行恒温处理。
加热系统3：与加热段8连接，对工质进行加热；本实施例中加热方式为直流加热，通过模拟数控机床热源布置形式和热源载荷，采取多热源方式保证振荡热管有多个加热段。根据数控机床典型工况条件下的热源功率设置振荡热管换热性能试验平台的加热功率，采用电阻丝通电的方式模拟数控机床将热量传导到振荡热管。
每个加热段8、冷却段7、出料口10和入料口9均设置有温度传感器，用于获取加热段8、出料口10和入料口9的温度。
数据采集分析系统4：包括热电偶温度传感器，计算机，监视器等等，都是本领域常用的系统，为方便说明图中未画出，主要目的是采集设置在加热段8、冷却段7、入料口9、出料口10的温度传感器的温度，采集加热段8和冷却段7的温度是为了控制加热功率，选择合理的运行工况。采集入料口9和出料口10的温度是为了对数据进行处理，评价振荡热管换热性能。
本实施例的一种振荡热管换热性能测量评价方法，振荡热管传热性能的测试过程包括三个方面性能测试：①温度；②传热量；③运行热阻。如图3所示，包括以下步骤：
步骤1：调节振荡热管的旋转速度；
步骤2：通过抽真空与注液系统1对振荡热管5抽真空，注入工质；
步骤3：开启循环冷却系统2、加热系统3和数据采集分析系统4；
步骤4：通过数据采集分析系统4采集出料口10和入料口9的温度数据，处理数据；
步骤41：将采集到的入料口9或出料口10测得的温度数据取平均值，所述平均值即为入料口9或出料口10的实际温度，出料口10实际温度为T1，入料口9实际温度为T2；
步骤42：采用传热量Q表征二元混合工质振荡热管的传热性能，将获得的入料口9和出料口10的实际温度带入如下公式，可获得传热量Q，传热量Q表示为
Q＝mCP(T1-T2)
其中，m为工质质量流量，CP为工质定压比热容；
步骤43：采用运行热阻R表征二元混合工质振荡热管的运行特性，将获得的入料口9和出料口10的实际温度带入如下公式，可获得运行热阻R，运行热阻R表示为；
Figure BDA0002058726180000061
其中，P为加热系统3的热源功率；
步骤5：通过控制旋转装置11，变化振荡热管5的旋转速度，重复步骤4，即可得到旋转速度对振荡热管5换热性能的影响程度变化。
步骤6：排出工质。
本实施例采用的循环冷却系统中是通过恒温水浴箱控制冷却温度，也可以采用低温气体冷却方式，通过冷却气体流量和冷却气体温差获得传热量，因而还需要对冷却水量进行测量；传热温差通常由脉动热管蒸发段与冷凝段温度差来表征，确定传热温差后根据获得的传热量计算热阻。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (8)

1.一种回转型测试平台，其特征在于：包括
振荡热管，所述振荡热管包括管体，所述管体包括环形主管和多个与所述主管串联的副管，所述管体在竖直方向上包括冷却段和多个依次连接的换热部，所述换热部包括连通的加热段和绝热段，所述管体设置用于进液和出液的入料口和出料口；
旋转装置，用于使所述振荡热管以轴线方向为轴旋转； 还包括，
抽真空与注液系统：与所述振荡热管的入料口连接； 循环冷却系统：与所述振荡热管的冷却段连接；
加热系统：与所述振荡热管的加热段连接，通过模拟数控机床热 源布置形式和热源载荷，采取多热源方式保证振荡热管有多个加热段；
数据采集分析系统：与所述振荡热管连接，用于采集所述振荡热管的加热段、冷却段、入料口、出料口的温度。
2.根据权利要求 1 所述的一种回转型测试平台，其特征在于，所述循环冷却系统包括依次连接的恒温水浴箱、循环气泵、转子流量计。
3.根据权利要求 1 所述的一种回转型测试平台，其特征在于，还包括设置在所述振荡热管内部的工质。
4.根据权利要求 1 所述的一种回转型测试平台，其特征在于，所述加热系统为直流加热系统。
5.根据权利要求 4 所述的一种回转型测试平台，其特征在于，所述直流加热系统采用电阻丝通电的方式加热。
6.根据权利要求 1 所述的一种回转型测试平台，其特征在于，所
述入料口、加热段、绝热段、冷却段、出料口均设置温度传感器。
7.一种换热性能检测方法，其特征在于：采用如权利要求 1～6 任一所述的一种回转型测试平台；
所述检测方法包括以下步骤：
步骤 1：调节振荡热管的旋转速度；
步骤 2：通过抽真空与注液系统对振荡热管抽真空并注入工质； 步骤 3：开启循环冷却系统、加热系统和数据采集分析系统； 步骤 4：采集出料口和入料口的温度数据，处理数据；
步骤 5：变化振荡热管的旋转速度，重复步骤 4； 步骤 6：排出工质。
8.如权利要求 7 所述的一种换热性能检测方法，其特征在于，所
述步骤 4 具体包括以下步骤：
步骤 41：将采集到的所述入料口和所述出料口测得的温度数据取平均值，所述平均值即为所述入料口或出料口的实际温度，出料口实际温度为T1，入料口实际温度为T2；
步骤 42：采用传热量 Q 表征二元混合工质振荡热管的传热性能， 将获得的入料口和出料口的实际温度带入如下公式，可获得传热量Q，
传热量Q 表示为：
Q=mCp(T1-T2)
其中，m 为工质质量流量，CP为工质定压比热容；
步骤 43：采用运行热阻 R 表征二元混合工质振荡热管的运行特性，将获得的入料口和出料口的实际温度带入如下公式，可获得运行热阻R，运行热阻R 表示为：
R=( T1- T2)/P
其中，P 为所述加热系统的热源功率。
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