CN110849761A - 一种高温热管传热性能测试装置及其测试方法 - Google Patents

一种高温热管传热性能测试装置及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高温热管传热性能测试装置及其测试方法，属于传热技术领域，包括高温加热设备(1)、待测高温热管(2)、保温材料(3)、气隙保护套(4)、工质容器(5)、工质(6)、工质吸收装置(7)、质量测量系统(8)、电子计算机(9)和温度测量系统(10)。本发明通过工质吸收装置质量实时变化情况计算出传热量，待测高温热管各测温点的温度通过温度测量系统进行实时测量，从而可利用上述测试数据结合高温热管的尺寸参数计算得到高温热管的传热性能。本发明没有采用输入热量减去漏热从而计算得到传热量，也没有通过测量冷却介质的质量流量及温度变化从而计算得到传热量，具有设备简单、测试方便、测试精度高等优点。

Description

一种高温热管传热性能测试装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及一种高温热管传热性能测试装置及其测试方法，属于传热技术领域。
背景技术
热管是一种利用相变原理进行高效传递热量的装置。而其中高温热管因为其工作温度高，传热性能好是热管领域的热门研究方向之一，在高超声速飞行器热防护、空间核反应堆冷却、太阳能利用等方面具有广阔的应用前景。
热传导的性能通常用热导率(又称为导热系数)来表征，热导率表示的是指在稳定传热条件下，1m厚的材料(或装置)，两侧表面的温差为1K(或1℃)，在1小时时间内通过1平方米面积传递的热量，单位为W/(m·K)。热管的传热性能则通常用等效热导率来表征。
稳态法是测量热管的传热性能(等效热导率)的一种常用的方法。在采用稳态法进行测量热管的传热性能的时候，需要测量热管在传热方向上的长度、在传热方向上两端的温差、传热方向上传递的热量，前两个参数相对比较好测量、测量的精度也比较高，对于传热量的测量，通常有两种方法：一种是通过采用输入热量减去漏热从而计算得到传热量，另一种是通过测量冷却介质的质量流量及温度变化从而计算得到传热量。
采用上述两种传统的方法进行测量高温热管的传热量时对隔热保温有比较高的要求(以减小漏热)、且测量误差往往比较大，对于前一种方法，由于高温热管的工作温度通常在700K以上，因此测试时热源与周边环境的温差较大，会产生比较大的漏热，从而使得传热量的测量偏差显著增加，影响测量的精度；对于后一种方法，测试时热管的传热热流量按公式(1)进行计算。
Q＝Q1-Q2 公式(1)
式中：
Q——热管的传热热流量，单位为瓦特(W)；
Q1——冷却水得到的热流量，单位为瓦特(W)；
Q2——环境向冷却水套或装置的漏热热流量，单位为瓦特(W)。
冷却水得到的热流量按公式(2)进行计算。
Q1＝G·cp·(T2-T1) 公式(2)
式中：
G——冷却水的质量流量，单位为千克每秒(kg/s)；
cp——水的比热，单位为焦耳每千克摄氏度[J/(kg·℃)]；
T1——冷却水的进口温度，单位为摄氏度(℃)；
T2——冷却水的出口温度，单位为摄氏度(℃)。
由于冷却介质的质量流量在测试时往往有比较大的误差，入口温度存在一定的波动，入口温度和出口温度的测量存在一定的误差，因而总误差往往比较大。
发明内容
本发明目的在于针对采用传统方法测量高温热管传热性能时对隔热保温措施要求高、测量误差较大、测试不方便的现状，提供一种新型高温热管传热性能测试装置及其测试方法，该测试装置和测试方法采用精密电子天平测量工质吸收装置实时吸收工质的速率，通过传质量推算出传热量，最终实现对待测高温热管传热性能的测量，设备简单、测试方便、测试精度高。
现有技术对质量的测量是比较方便且精度高，而传热传质在特定条件下是密切关联的，着眼于这一点，本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种高温热管传热性能测试装置，包括待测高温热管、高温加热设备、保温隔热系统、气隙保护套、温度测量系统、工质容器、工质、工质吸收装置、质量测试系统和电子计算机。在测试时，所述待测高温热管的冷凝段位于气隙保护套中，待测高温热管的加热段用高温加热设备进行加热，热量从高温加热设备向待测高温热管传递后，由热管加热段向保温隔热段、冷凝段传递，再由热管冷凝段向气隙保护套、工质传递，受热处的工质的温度达到相变点时发生相变，变成蒸汽运行到上方被工质吸收装置吸收，通过质量测试系统测量出工质吸收装置吸收工质后的质量的实时变化情况，从而可计算出热量传递的大小和速率，进而计算得到待测高温热管的传热性能。
作为本发明的一种优选技术方案：工质吸收装置内设置有干燥剂(例如无水氯化钙)，干燥剂可以是可再生的、也可以是非再生的。
作为本发明的一种优选技术方案：所述工质为水、丙酮等沸点较低、挥发到环境中也不会产生危害的液体介质。
作为本发明的一种优选技术方案：高温热管冷凝段采用了气隙套防护系统，气隙保护套上设置有热电偶阱、进气管和排气管，气隙保护套内充有气体，可防止外部工质直接与高温热管外表面直接接触，同时可调节所充气体成分和压强来控制气隙层的热阻，从而可相对独立地调节热管外部工质的温度。
一种传热性能测试装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤(1)依据待测高温热管相关参数，确定蒸发段、绝热段及冷凝段的长度；
步骤(2)根据热管尺寸参数的具体情况，在待测高温热管上确定测温点安装并安装相应的热电偶，连接温度测试测量系统；
步骤(3)将待测高温热管蒸发段放置在大小匹配的高温加热设备的加热区域内并确保接触良好，并将保温材料包裹在高温热管绝热段及其它所需部位；
步骤(4)将工质容器盛上适量的工质，然后将气隙套抽真空后充入一定的惰性气体；
步骤(5)在合适大小的工质吸收装置上装上适量的干燥剂，然后将工质吸收装置吊挂在电子天平的称量挂钩上，并将工质吸收装置移动到工质容器正上方的适当位置；
步骤(6)将电子天平的数据线与电子计算机连接，打开电子计算机和相应的软件；
步骤(7)接通高温加热设备，设置一定的参数对待测高温热管进行加热；
步骤(8)对测试数据进行记录和处理，计算得到待测高温热管传热性能的测试结果数据。
在本发明中，热管的传热热流量同样按前述公式(1)进行计算，工质水得到的热流量按公式(3)计算。
Q1＝G′·r 公式(3)
式中：
G′——工质水的蒸发速率，即质量测量装置质量的变化速率，单位为千克每秒(kg/s)；
r——水的汽化潜热，单位为千焦每千克(kJ/kg)。
热管的总传热热阻按照公式(4)进行计算。
Figure BSA0000193348380000031
式中：
Rt——热管的总传热热阻，单位为摄氏度每瓦特(℃/W)；
Twe——蒸发区管壳外表面平均温度，单位为摄氏度(℃)；
Twc——冷凝区管壳外表面平均温度，单位为摄氏度(℃)。
热管的传热总热阻的倒数即为热管的等效热导率。
本发明采用精密电子天平测量工质吸收装置实时吸收工质的速率，通过传质量推算出传热量，最终实现对待测高温热管的传热性能的测量，设备简单、测试方便、精度高。
附图说明
图1为本发明的一种高温热管传热性能测试装置及其测试方法的结构示意图。
其中标号解释：1-高温加热设备，2-待测高温热管，3-保温材料，4-气隙保护套，5-工质容器，6-工质，7-工质吸收装置，8-质量测量系统，9-电子计算器，10-温度测量系统。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种新型高温热管传热性能测试装置，一种高温热管传热性能测试装置，包括高温加热设备1，待测高温热管2，保温材料3，气隙保护套4，工质容器5，工质6，工质吸收装置7，质量测量系统8，电子计算器9，温度测量系统10，所述待测高温热管2的冷凝段位于气隙保护套4中，待测高温热管2的蒸发段用高温加热设备1进行加热，热量从高温加热设备1向待测高温热管2的蒸发段传递后，由热管蒸发段向绝热段、冷凝段传递，再由热管冷凝段向气隙保护套4、工质6传递，受热处的工质6的温度达到相变点时发生相变，变成蒸汽运行到上方被工质吸收装置7吸收。
待测高温热管各测温点温度通过温度测量系统进行实时测量，通过质量测试系统测量出工质吸收装置吸收工质后的质量的实时变化情况，从而可计算出热量传递的大小和速率，进而计算得到待测高温热管的传热性能。
工质吸收装置内设置有干燥剂(无水氯化钙)，所采用的工质为去离子水。
待测高温热管为工质为钾、钠等碱金属。
气隙保护套上设置有热电偶阱、进气管和排气管，气隙保护套内充有气体，可防止外部工质直接与高温热管外表面直接接触，同时可调节所充气体成分和压强来控制气隙层的热阻，从而可相对独立地调节热管外部工质的温度。
一种高温热管传热性能测试装置的测试方法，测试步骤如下：
步骤(1)依据待测高温热管相关参数，确定蒸发段、绝热段及冷凝段的长度；
步骤(2)根据热管尺寸参数的具体情况，在待测高温热管上确定测温点安装并安装相应的热电偶，连接温度测试测量系统；
步骤(3)将待测高温热管蒸发段放置在大小匹配的高温加热设备的加热区域内并确保接触良好，并将保温材料包裹在高温热管绝热段及其它所需部位；
步骤(4)将工质容器盛上适量的工质，然后将气隙套抽真空后充入一定的惰性气体；
步骤(5)在合适大小的工质吸收装置上装上适量的干燥剂，然后将工质吸收装置吊挂在电子天平的称量挂钩上，并将工质吸收装置移动到工质容器正上方的适当位置；
步骤(6)将电子天平的数据线与电子计算机连接，打开电子计算机和相应的软件；
步骤(7)接通高温加热设备，设置一定的参数对待测高温热管进行加热；
步骤(8)对测试数据进行记录和处理，计算得到待测高温热管传热性能的测试结果数据。
如上所述，本发明的一种新型高温热管传热性能测试装置及其测试方法中，没有采用输入热量减去漏热从而计算得到传热量，也没有通过测量冷却介质的质量流量及温度变化从而计算得到传热量，而是通过质量测试系统测量出工质吸收装置吸收工质后的质量的实时变化情况，从而计算出热量传递的大小和速率，进而计算得到待测高温热管的传热性能。本发明的测试装置还具有设备简单、测试方便、测试精度高等优点，因而适应性更广。

Claims (6)

1.一种高温热管传热性能测试装置，包括高温加热设备(1)、待测高温热管(2)、保温材料(3)、气隙保护套(4)、工质容器(5)、工质(6)、工质吸收装置(7)、质量测量系统(8)、电子计算机(9)和温度测量系统(10)，所述待测高温热管(2)的冷凝段置于气隙保护套(4)中，待测高温热管(2)的加热段用高温加热设备(1)进行加热，热量首先从高温加热设备(1)向待测高温热管(2)的蒸发段传递，然后由热管蒸发段向绝热段、冷凝段传递，再由热管冷凝段向气隙保护套(4)、工质(6)传递，受热处的工质(6)的温度达到相变点时发生相变，变成蒸汽运行到上方被工质吸收装置(7)吸收。
2.根据权利要求1所述的一种高温热管传热性能测试装置，其特征在于：热管各测温点的温度通过温度测量系统进行实时测量，通过质量测试系统测量出工质吸收装置吸收工质后的质量的实时变化情况，从而可计算出热量传递的大小和速率，进而计算得到待测高温热管的传热性能。
3.根据权利要求1所述的一种高温热管传热性能测试装置，其特征在于：工质吸收装置内设置有干燥剂(例如无水氯化钙)，干燥剂可以是可再生的、也可以是非再生的。
4.根据权利要求1所述的一种高温热管传热性能测试装置，其特征在于：所述工质为水、丙酮等沸点较低、挥发到环境中也不会产生危害的液体介质。
5.根据权利要求1所述的一种高温热管传热性能测试装置，其特征在于：所述气隙保护套上设置有热电偶阱、进气管和排气管，气隙保护套内充有气体，可防止外部工质直接与高温热管外表面直接接触，同时可调节所充气体成分和压强来控制气隙层的热阻，从而可相对独立地调节热管外部工质的温度。
6.一种基于权利要求1所述的一种热管传热性能测试装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤(1)依据待测高温热管相关参数，确定蒸发段、绝热段及冷凝段的长度；
步骤(2)根据热管尺寸参数的具体情况，在待测高温热管上确定测温点安装并安装相应的热电偶，连接温度测试测量系统；
步骤(3)将待测高温热管蒸发段放置在大小匹配的高温加热设备的加热区域内并确保接触良好，并将保温材料包裹在高温热管绝热段及其它所需部位；
步骤(4)将工质容器盛上适量的工质，然后将气隙套抽真空后充入一定的惰性气体；
步骤(5)在合适大小的工质吸收装置上装上适量的干燥剂，然后将工质吸收装置吊挂在电子天平的称量挂钩上，并将工质吸收装置移动到工质容器正上方的适当位置；
步骤(6)将电子天平的数据线与电子计算机连接，打开电子计算机和相应的软件；
步骤(7)接通高温加热设备，设置一定的参数对待测高温热管进行加热；
步骤(8)对测试数据进行记录和处理，计算得到待测高温热管传热性能的测试结果数据。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111337535A (zh) * 2020-04-02 2020-06-26 南京航空航天大学 一种热管传热性能测试装置及其测试方法
CN112285152A (zh) * 2020-09-27 2021-01-29 西安交通大学 一种高温热管碱金属工质蒸发冷凝测量系统及方法
CN112946019A (zh) * 2021-02-08 2021-06-11 凯龙高科技股份有限公司 一种柴油机尾气后处理保温隔热性能试验方法
CN113309684A (zh) * 2021-04-19 2021-08-27 中国原子能科学研究院 一种变导热系数真空环境液态金属冷却器
CN115524362A (zh) * 2022-11-29 2022-12-27 中国科学院合肥物质科学研究院 一种高温热管传热能力测试装置
CN117805174A (zh) * 2024-01-11 2024-04-02 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种圆管中流体传热特性模拟试验分析系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201281694Y (zh) * 2008-10-24 2009-07-29 代伟 材料导热系数测定装置
CN203443908U (zh) * 2013-07-15 2014-02-19 温州大学 纳米流体导热系数测量装置
CN105424745A (zh) * 2015-12-31 2016-03-23 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种高温热管测量装置及方法
CN205404462U (zh) * 2016-02-05 2016-07-27 天津城建大学 分离式热管可视化测量装置
CN107228877A (zh) * 2017-05-03 2017-10-03 华南理工大学 一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置
CN108489846A (zh) * 2018-03-16 2018-09-04 南京航空航天大学 一种热管毛细芯性能测试装置及其测试方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201281694Y (zh) * 2008-10-24 2009-07-29 代伟 材料导热系数测定装置
CN203443908U (zh) * 2013-07-15 2014-02-19 温州大学 纳米流体导热系数测量装置
CN105424745A (zh) * 2015-12-31 2016-03-23 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种高温热管测量装置及方法
CN205404462U (zh) * 2016-02-05 2016-07-27 天津城建大学 分离式热管可视化测量装置
CN107228877A (zh) * 2017-05-03 2017-10-03 华南理工大学 一种倾角可调的平板热管传热性能测试装置
CN108489846A (zh) * 2018-03-16 2018-09-04 南京航空航天大学 一种热管毛细芯性能测试装置及其测试方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111337535A (zh) * 2020-04-02 2020-06-26 南京航空航天大学 一种热管传热性能测试装置及其测试方法
CN112285152A (zh) * 2020-09-27 2021-01-29 西安交通大学 一种高温热管碱金属工质蒸发冷凝测量系统及方法
CN112285152B (zh) * 2020-09-27 2021-08-13 西安交通大学 一种高温热管碱金属工质蒸发冷凝测量系统及方法
CN112946019A (zh) * 2021-02-08 2021-06-11 凯龙高科技股份有限公司 一种柴油机尾气后处理保温隔热性能试验方法
CN113309684A (zh) * 2021-04-19 2021-08-27 中国原子能科学研究院 一种变导热系数真空环境液态金属冷却器
CN113309684B (zh) * 2021-04-19 2022-08-19 中国原子能科学研究院 一种变导热系数真空环境液态金属冷却器
CN115524362A (zh) * 2022-11-29 2022-12-27 中国科学院合肥物质科学研究院 一种高温热管传热能力测试装置
CN115524362B (zh) * 2022-11-29 2023-03-10 中国科学院合肥物质科学研究院 一种高温热管传热能力测试装置
CN117805174A (zh) * 2024-01-11 2024-04-02 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种圆管中流体传热特性模拟试验分析系统
CN117805174B (zh) * 2024-01-11 2024-06-04 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种圆管中流体传热特性模拟试验分析系统

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