重力热管性能测试的实验研究.pdf

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1、第39卷第1期化工机械13重力热管性能测试的实验研究刘卫火+蒋绿林高伟(常州大学石油工程学院)摘要建立一套热管性能测试装置，并测试热管内部蒸发段、绝热段、冷凝段的温度分布和随时同的变化情况，研究不同热流密度下的传热特性，探讨热管的几何因素、倾斜角度和工质充装量对传热性能的影响。关键词热管长径比充液率加热温度倾斜角度性能研究中图分类号TQ051．5文献标识码A文章编号0254．6094(2012)0l枷13m4热管型集热器有热管平板型集热器和热管真空管集热器两种，其工作原理是利用热管中工质的相变循环传热，它广泛应用于太阳热水系

2、统和太阳采暖空调系统等，但这种集热器在克服了全玻璃真空管集热器缺点的同时，存在着加工工艺复杂，成本高的缺点。现今，大面积集中供热已成为节能降耗的新途径，也是太阳能热利用发展的趋势，热管技术被公认是一种很有价值的传热新技术⋯。因此，热管的性能研究是提高集热器效率的一个技术环节。林阳和贾文对平板式热管太阳能集热器的冬季运行和热量传递进行了实验和分析研究旧1，国内还有江晴等在太阳能热管方面的研究¨娟。。然而，以上工作都没有对平板太阳能集热器中的热管进行传热性能的研究，尤其对重力热管的研究更少。为此，笔者着重对重力热管的性能进行实验

3、研究。1实验1．1实验原理与目的本实验原理基于基本物理传热原理，用水浴段对热管进行加热，冷凝段对热管进行冷却。实验的任务是对不同热管的传热性能进行实验测定，测试热管内部蒸发段、绝热段、冷凝段的温度分布及其随时间的变化情况，研究不同热流密度下的传热特性，探讨热管本身几何因素、倾斜角度和工质充装量对传热性能的影响。本实验中对长度为1700mm、内径为西10mm和咖8mm的热管而言，选取热管加热段长度为1400mm，绝热段长度为100mm，冷却段长度为200mm。1．2实验装置实验装置台由热管、加热系统、冷却系统、保温系统以及数据

4、测量与采集系统等组成。1．3实验方案为了研究热管传热性能，需建立一套温度测量系统。其测量原理：在热管外表面焊有7对镍铬一镍硅热电偶，其中加热段5对，绝热段、冷却段各l对，在热管表面上的分布情况如图l所示。图1热管测温点分布加热段的沸腾换热系数和冷却段冷凝换热系数计算公式：n舻i万沛‘1)其中，Q分别为加热段与冷却段的热流量，必须从加热功率中扣除加热段的热损失或者从冷却水得到热流量的基础上加上冷却段向外的热损失。此外，还可不考虑加热段和冷却段的热损失，而采用加热功率与冷却功率的平均值热管加热段、冷却段内壁温度的确定。热管加热段

5、与冷却·刘卫火，男。1984年9月生，硕士研究生。江苏省常州市，213016。14化工机械2012年段的内壁温度L由测定相应的外壁温L减去或加上按一维导热计算的沿管壁厚度上的温降。因此，其内壁温度为：L=L±警(2)L由冷凝段和加热段热电偶测量值的平均值决定。蒸汽温度的测量采用绝热段热电偶测量值的平均值，考虑到绝热段径向散热量很小，且管壁热阻很小，因此以绝热段管壁温度的测量值代替管内工质蒸汽温度误差很小。实验中流经热管的热流量采用加热功率与冷却水冷却功率的平均值，这样既可考虑到散热损失，又可弥补水功率的测量误差。功率计算公式

6、为：Q=p％，△r(3)式中矿——水流量；△r——水的进出口温差；c。——水的比热。因此，通过热管的热流量Q为：Q：半(4)准备两种长径比的热管共lO组，计30根。热管具体情况见表1、2。为保证热管数据的准确性，每组热管数据均取3根热管的平均值，同时，对于异常的数值进行剔除，以减少误差。表1长径比为200的热管明细表表2长径比为160的热管明细表2实验结果与分析在进行热管功率测试时，先对热管的等温性能进行测试。方法是：用恒温水浴槽在不同的恒温水浴下对热管进行加热，其冷凝段暴露于空气中进行自然换热。分别把水浴槽加热到55、80

7、、90℃。记录热管的各测温点温度变化情况，从而对热管的等温性进行评价。图2—6为同种充液率热管在3种不同水温下温度情况以及不同充液率热管在同等温度下的各点温度情况，由此可以看出：充液率4．6％的热管在水浴温度55、80、90℃水浴加热时，其最终达到稳定温度的时间分别是27、13、10s。在55℃水浴加热时，充液率为4％、4．6％以及5．1％的热管达到最终平衡温度的时间分别是20、27、30s。而且，实验过程中，蒸发端温度会出现巨大的跃迁，p髓赠p魁赠p魁赠图44．6％热管90℃时的等温线第39卷第l期化工机械15p铡赠图55

8、．1％热管55℃时等温线图64％热管55℃时的等温线而冷凝段温度则是缓慢的增加，这是因为在相同温度下，总是充液率较低的热管工质先沸腾，所需要的响应时间较短；同理，同一种充液率的热管，在温度较大的工况下，其沸腾所需要的时间总是比较短。这也就是响应时间为什么会随着充液率的增大而增大，随着加热温