一种高温热管吸液芯传热极限实验装置及方法
阅读说明：本技术 一种高温热管吸液芯传热极限实验装置及方法 (High-temperature heat pipe liquid absorption core heat transfer limit experimental device and method ) 是由 王成龙 田智星 黄金露 孙奇士 郭凯伦 张大林 田文喜 秋穗正 苏光辉 于 2021-10-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高温热管吸液芯传热极限实验装置及方法,该装置包括上封板、加热板、下封板、左侧封液板、左侧封气板、右侧封液板、右侧封气板、压紧板、吸液芯样品、气体预热器、第一储气室、第一伺服泵、第二储气室、第二伺服泵、工质储藏室、真空泵机组、压差变送器、阀门等。本发明可实现对高温热管吸液芯传热极限的实验研究,获得高温热管毛细极限、夹带极限、沸腾极限等传热极限的可视化研究。(The invention discloses a high-temperature heat pipe liquid absorption core heat transfer limit experiment device and a high-temperature heat pipe liquid absorption core heat transfer limit experiment method. The invention can realize the experimental study on the heat transfer limit of the high-temperature heat pipe liquid absorption core and obtain the visual study on the heat transfer limits such as the capillary limit, the entrainment limit, the boiling limit and the like of the high-temperature heat pipe.)
技术领域
本发明涉及相变换热设备技术领域，具体涉及一种高温热管吸液芯传热极限实验装置及方法。
背景技术
热管是一种利用工质相变传热的非能动传热设备，具有结构简单、非能动等优点。热管内工质在密封的管壳腔体内工作，难以通过可视化的手段进行观测，特别是高温热管采用液态金属作为工作介质，更加难以直接观测。传热极限对热管的传热能力提出了限制，诸如毛细极限、夹带极限、沸腾极限等类型极大地限制了热管的传热功率，甚至可能导致热管的失效。
发明内容
为实现可视化研究高温热管吸液芯内的传热极限，本发明提出了一种高温热管吸液芯传热极限实验装置及方法，实现对传热极限的可视化实验，本装置结构简化，可适用于各种类型热管工质，实现对吸液芯特征参数、毛细极限、夹带极限、沸腾极限等传热极限的研究，应用前景广阔。
本发明采取以下设计方案：
一种高温热管吸液芯传热极限实验装置及方法，包括上封板10、加热板20、下封板30、透明侧视板40、左侧封气板11、左侧封液板12、右侧封气板13、右侧封液板14、加热丝21、吸液芯样品100、实心样品101、压紧板200、压差变送器300、第一储气室110、第一储气阀门111、气体预热器112、第一伺服泵120、第一伺服阀门121、气体流量计130、第二储气阀门131、第二储气室132、流量计140、第二伺服泵145、第二伺服阀门141、真空泵机组146、真空泵阀门142、工质储藏室00、工质输出阀门01、工质输入阀门02；所述上封板10、压紧板200、吸液芯样品100、加热板20、下封板30由上到下逐层叠加，压差变送器300连接在吸液芯样品100左右两端，测量吸液芯样品100左右两端压差，实心样品101用以实验过程中替换吸液芯样品100，透明侧视板40位于压紧板200、吸液芯样品100的前后侧面，左侧封气板11和右侧封气板13分别位于压紧板200的左右两侧，左侧封液板12和右侧封液板14分别位于吸液芯样品100左右两侧，加热丝21位于加热板20内部均匀分布，上封板10、加热板20、左侧封气板11、左侧封液板12、右侧封气板13、右侧封液板14为压紧板200和吸液芯样品100创造密封的空间，左侧封气板11经气体预热器112和第一储气阀门111连接至第一储气室110，左侧封液板12分别经第一储气阀门111和第一伺服阀门121连接至第一储气室110和第一伺服泵120，第一伺服泵120经工质输出阀门01连接工质储藏室00，右侧封气板13经气体流量计130和第二储气阀门131连接至第二储气室132，右侧封液板14连接流量计140，流量计140分别经第二伺服阀门141和真空泵阀门142连接至第二伺服泵145和真空泵机组146，第二伺服泵145经工质输入阀门02连接工质储藏室00。
所述第一储气室110和第二储气室132内部气体为惰性气体或工质蒸气。
所述吸液芯样品100可选用丝网、槽道、烧结粉末、烧结纤维、环道等一种或多种复合结构。
所述工质储藏室00内工质可选用高温液态金属、高温熔盐、水或有机物。
所述透明侧视板40可采用亚克力板、透明陶瓷或石英玻璃。
所述下封板30可实现六自由度运动。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
本发明针对吸液芯样品(100)可进行孔隙率、渗透率等特征参数的测定；通过第一伺服泵(120)、第二伺服泵(145)和压差变送器(300)的配合模拟毛细压差，实现毛细极限的模拟；通过第一伺服泵(120)、第二伺服泵(145)调节吸液芯样品(100)的液位，通过第一储气室(110)和第二储气室(132)调节气体流动速度，实现热管内气液两相逆流的模拟，研究夹带的发生和吸液芯样品(100)结构对夹带的影响；通过透明侧视板(40)观察吸液芯样品(100)内的气泡，通过第一储气室(110)和第二储气室(132)调节气体压力，实现对不同工况下沸腾极限的模拟。
本发明针对热管传热性能受限的问题，提出一种高温热管吸液芯传热极限实验装置及方法，本发明结构紧凑，操作简单，可实现对热管吸液芯内传热极限的实验研究。
附图说明
图1为本发明高温热管吸液芯传热极限实验装置的示意图。
具体实施方式
现结合实例、附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明一种高温热管吸液芯传热极限实验装置，包括上封板10、加热板20、下封板30、透明侧视板40、左侧封气板11、左侧封液板12、右侧封气板13、右侧封液板14、加热丝21、吸液芯样品100、实心样品101、压紧板200、压差变送器300、第一储气室110、第一储气阀门111、气体预热器112、第一伺服泵120、第一伺服阀门121、气体流量计130、第二储气阀门131、第二储气室132、流量计140、第二伺服泵145、第二伺服阀门141、真空泵机组146、真空泵阀门142、工质储藏室00、工质输出阀门01、工质输入阀门02；所述上封板10、压紧板200、吸液芯样品100、加热板20、下封板30由上到下逐层叠加，压差变送器300连接在吸液芯样品100左右两端，测量吸液芯样品100左右两端压差，实心样品101用以实验过程中替换吸液芯样品100，透明侧视板40位于压紧板200、吸液芯样品100的前后侧面，左侧封气板11和右侧封气板13分别位于压紧板200的左右两侧，左侧封液板12和右侧封液板14分别位于吸液芯样品100左右两侧，加热丝21位于加热板20内部均匀分布，上封板10、加热板20、左侧封气板11、左侧封液板12、右侧封气板13、右侧封液板14为压紧板200和吸液芯样品100创造密封的空间，左侧封气板11经气体预热器112和第一储气阀门111连接至第一储气室110，左侧封液板12分别经第一储气阀门111和第一伺服阀门121连接至第一储气室110和第一伺服泵120，第一伺服泵120经工质输出阀门01连接工质储藏室00，右侧封气板13经气体流量计130和第二储气阀门131连接至第二储气室132，右侧封液板14连接流量计140，流量计140分别经第二伺服阀门141和真空泵阀门142连接至第二伺服泵145和真空泵机组146，第二伺服泵145经工质输入阀门02连接工质储藏室00。
作为本发明优选实施方式，所述第一储气室110和第二储气室132内部气体为惰性气体或工质蒸气。
作为本发明优选实施方式，所述吸液芯样品100可选用丝网、槽道、烧结粉末、烧结纤维、环道等一种或多种复合结构。
作为本发明优选实施方式，所述工质储藏室00内工质可选用高温液态金属、高温熔盐、水或有机物。
作为本发明优选实施方式，所述透明侧视板40可采用亚克力板、透明陶瓷或石英玻璃。
作为本发明优选实施方式，所述下封板30可实现六自由度运动。
本发明的工作原理为：。
泄漏体积测定：采用实心样品101替换吸液芯样品100，打开第一储气阀门111和第二储气阀门131，第一储气室110内气体经第一储气阀门111、气体预热器112、左侧封气板11、实心样品101和压紧板200、右侧封气板13、第二储气阀门131到达第二储气室132，通气5min以上后关闭第一储气阀门111和第二储气阀门131，开启真空泵机组146，打开真空泵阀门142，将真空度降低至10-4Pa后关闭真空泵阀门142和真空泵机组146，将工质储藏室00内工质转变为液态工质并记录初始体积V0，打开工质输出阀门01、工质输入阀门02、第一伺服阀门121、第二伺服阀门141、第一伺服泵120和第二伺服泵145，待流量计140示数稳定后，记录工质储藏室00内的液态工质体积V1，故泄漏体积Vloss＝V0-V1。
吸液芯样品100特征参数测定：测量吸液芯样品100的长度L，截面积A，几何体积V2，孔径r，采用吸液芯样品100替换实心样品101，打开第一储气阀门111和第二储气阀门131，第一储气室110内气体经第一储气阀门111、气体预热器112、左侧封气板11、吸液芯样品100和压紧板200、右侧封气板13、第二储气阀门131到达第二储气室132，通气5min以上后关闭第一储气阀门111和第二储气阀门131，开启真空泵机组146，打开真空泵阀门142，将真空度降低至10-4Pa后关闭真空泵阀门142和真空泵机组146，将工质储藏室00内工质转变为液态工质并记录初始体积V3，打开工质输出阀门01、工质输入阀门02、第一伺服阀门121、第二伺服阀门141、第一伺服泵120和第二伺服泵145，待流量计140示数稳定记录流量m，记录工质储藏室00内的液态工质体积V4，记录压差变送器300示数ΔP，吸液芯样品100的孔隙率ε＝(V3-V4-Vloss)/V2，吸液芯样品100的渗透率为K＝(mμL)/(ρAεΔP)。其中，μ为液态工质的动力黏度，ρ为液态工质的密度。
吸液芯样品100毛细极限测定：测量吸液芯样品100的孔径r，采用吸液芯样品100替换实心样品101，调节下封板30的工作角度为设计角度，打开第一储气阀门111和第二储气阀门131，第一储气室110内气体经第一储气阀门111、气体预热器112、左侧封气板11、吸液芯样品100和压紧板200、右侧封气板13、第二储气阀门131到达第二储气室132，通气5min以上后关闭第一储气阀门111和第二储气阀门131，开启真空泵机组146，打开真空泵阀门142，将真空度降低至10-4Pa后关闭真空泵阀门142和真空泵机组146，将工质储藏室00内工质转变为液态工质，打开工质输出阀门01、工质输入阀门02、第一伺服阀门121、第二伺服阀门141、第一伺服泵120和第二伺服泵145，调节第一伺服泵120或第二伺服泵145，使得压差变送器300示数ΔP＝2σ/r，σ为液态工质的表面张力，记录流量计140流量m，此时的流量m即为毛细极限下吸液芯样品100的毛细流量。
吸液芯样品100夹带极限测定：去掉压紧板200，采用吸液芯样品100替换实心样品101，调节下封板30的工作角度为设计角度，打开第一储气阀门111和第二储气阀门131，第一储气室110内气体经第一储气阀门111、气体预热器112、左侧封气板11、吸液芯样品100和压紧板200、右侧封气板13、第二储气阀门131到达第二储气室132，通气5min以上后关闭第一储气阀门111和第二储气阀门131，开启真空泵机组146，打开真空泵阀门142，将真空度降低至10-4Pa后关闭真空泵阀门142和真空泵机组146，将工质储藏室00内工质转变为液态工质，打开工质输出阀门01、工质输入阀门02、第一伺服阀门121、第二伺服阀门141、第一伺服泵120和第二伺服泵145，调节第一伺服泵120或第二伺服泵145来控制吸液芯样品100内液态工质由右侧流向左侧，并控制液态工质的液位和流量，打开第一储气阀门111和第二储气阀门131，第一储气室110内气体经第一储气阀门111、气体预热器112、左侧封气板11、吸液芯样品100、右侧封气板13、第二储气阀门131到达第二储气室132，调节第一储气阀门111或第二储气阀门131控制气体流动速度，通过透明侧视板40观察是否发生夹带，记录夹带发生时的气体流量计130流量m1和流量计140流量m2。此时的流量m1和m2分别为夹带极限下吸液芯样品100的气体流量和液体流量。
吸液芯样品100沸腾极限测定：去掉压紧板200，采用吸液芯样品100替换实心样品101，调节下封板30的工作角度为设计角度，打开第一储气阀门111和第二储气阀门131，第一储气室110内气体经第一储气阀门111、气体预热器112、左侧封气板11、吸液芯样品100和压紧板200、右侧封气板13、第二储气阀门131到达第二储气室132，通气5min以上后关闭第一储气阀门111和第二储气阀门131，开启真空泵机组146，打开真空泵阀门142，将真空度降低至10-4Pa后关闭真空泵阀门142和真空泵机组146，将工质储藏室00内工质转变为液态工质，打开工质输出阀门01、工质输入阀门02、第一伺服阀门121、第二伺服阀门141、第一伺服泵120和第二伺服泵145，调节第一伺服泵120或第二伺服泵145来控制吸液芯样品100内液态工质的液位和流量，调节加热丝21的功率，通过透明侧视板40观察吸液芯样品100内气泡产生的时间，并记录此时的加热丝21的功率即为沸腾极限。
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