專(zhuān)利名稱(chēng)：徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳熱學(xué)自然對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)試與實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是一種徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
自然對(duì)流傳熱現(xiàn)象是自然界中的常見(jiàn)現(xiàn)象。自然對(duì)流傳熱區(qū)分為大空間自然對(duì)流與有限空間自然對(duì)流，又稱(chēng)為外部自然對(duì)流與內(nèi)部自然對(duì)流。所謂大空間自然對(duì)流，是指熱邊界層的發(fā)展不受到干擾或阻礙的自然對(duì)流，而不拘泥于幾何上的很大或無(wú)限大。研究橫管在空氣中自然對(duì)流的規(guī)律，具有十分重要的意義。傳熱界一些著名學(xué)者對(duì)于大空間水平或者豎直放置的管外自然對(duì)流傳熱，已經(jīng)成功地整理成實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，其應(yīng)用相似理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的方法是高等工科院校教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)必不可少的重要內(nèi)容。對(duì)于橫管自然對(duì)流傳熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，許多大學(xué)均采用自制設(shè)備來(lái)完成。如浙江大學(xué)、中國(guó)計(jì)量學(xué)院等院校在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，在大空間內(nèi)水平吊掛被加熱的圓管，進(jìn)行橫管表面空氣自然對(duì)流實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出準(zhǔn)則方程，并與已有的準(zhǔn)則方程進(jìn)行對(duì)比，有效地加深學(xué)生對(duì)大空間自然對(duì)流傳熱的理解。
但是，實(shí)驗(yàn)原理中多處用到圓管壁溫參數(shù)，而實(shí)驗(yàn)中一般假設(shè)圓管為恒壁溫，因而如何保證圓管壁的恒溫性對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度有較大影響。傳統(tǒng)的圓管采用不銹鋼管內(nèi)置加熱源的設(shè)計(jì)方法，管壁各處的溫度存在一定的不均勻性。因而實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度受到影響。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置。
本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置包括隔離柜、電加熱功率控制裝置、數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)、絕熱懸掛絲、徑向熱管、熱電偶；隔離柜內(nèi)設(shè)有絕熱懸掛絲和 2個(gè)熱電偶，在絕熱懸掛絲下端設(shè)有徑向熱管；數(shù)據(jù)采集儀與5個(gè)熱電偶相連接，數(shù)據(jù)采集儀與計(jì)算機(jī)相連接，電加熱功率控制裝置與電加熱棒相連接。
所述的徑向熱管包括外管、第一封頭、內(nèi)管、熱電偶、第二封頭、抽氣管、電加熱棒和液體工質(zhì)；外管外表面設(shè)有3個(gè)熱電偶，外管內(nèi)設(shè)有內(nèi)管，內(nèi)管內(nèi)設(shè)有電加熱棒，外管與內(nèi)管偏心放置，兩端通過(guò)第一封頭和第二封頭相連接，形成的封閉腔內(nèi)有液體工質(zhì)，第二封頭上設(shè)有抽氣管。
本發(fā)明將徑向熱管應(yīng)用于大空間橫管外空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，利用徑向熱管等溫性較好的特點(diǎn)，創(chuàng)造大空間橫管外空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)中所需的恒壁溫條件， 對(duì)驗(yàn)證橫管表面空氣自然對(duì)流傳熱的準(zhǔn)則方程實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大的幫助，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度。


圖1為徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的徑向熱管的半剖結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的徑向熱管原理示意圖；圖中，隔離柜1、電加熱功率控制裝置2、數(shù)據(jù)采集儀3、計(jì)算機(jī)4、絕熱懸掛絲5、徑向熱管6、外管7、第一封頭8、內(nèi)管9、熱電偶10、第二封頭11、抽氣管12、電加熱棒13、液體工質(zhì) 14。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置包括隔離柜1、電加熱功率控制裝置2、數(shù)據(jù)采集儀3、計(jì)算機(jī)4、絕熱懸掛絲5、徑向熱管6、熱電偶10 ； 隔離柜1內(nèi)設(shè)有絕熱懸掛絲5和2個(gè)熱電偶10，在絕熱懸掛絲5下端設(shè)有徑向熱管6 ；數(shù)據(jù)采集儀3與5個(gè)熱電偶10相連接，數(shù)據(jù)采集儀3與計(jì)算機(jī)4相連接，電加熱功率控制裝置 2與電加熱棒13相連接。
如圖2所示，徑向熱管6包括外管7、第一封頭8、內(nèi)管9、熱電偶10、第二封頭11、 抽氣管12、電加熱棒13和液體工質(zhì)14 ；外管7外表面設(shè)有3個(gè)熱電偶10，外管7內(nèi)設(shè)有內(nèi)管9，內(nèi)管9內(nèi)設(shè)有電加熱棒13，外管7與內(nèi)管9偏心放置，兩端通過(guò)第一封頭8和第二封頭11相連接，形成的封閉腔內(nèi)有液體工質(zhì)14，第二封頭11上設(shè)有抽氣管12。
所述的徑向熱管是由內(nèi)外兩個(gè)直徑不等的外管和內(nèi)管用封頭密封組合而成，外管和內(nèi)管之間抽真空后再充入一定量的液體工質(zhì)。此徑向熱管的內(nèi)管段為蒸發(fā)端，外管的上半段為冷凝端，當(dāng)徑向熱管的內(nèi)管受熱時(shí)，熱管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向徑向熱管的上半段，釋放出熱量并重新凝結(jié)成液體，液體依靠重力的作用流回蒸發(fā)段， 如此循環(huán)不止，熱量由熱管內(nèi)管一端傳至外管一端。這種循環(huán)是快速進(jìn)行的，熱量可以被源源不斷地傳導(dǎo)開(kāi)來(lái)。熱管內(nèi)腔的蒸汽處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽的壓力決定了飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小，根據(jù)熱力學(xué)中的方程式可知，溫降亦很小，因而此徑向熱管具有優(yōu)良的等溫性。
實(shí)驗(yàn)時(shí)，徑向熱管水平放置，熱量從加熱棒傳遞給工質(zhì)(蒸餾水)，工質(zhì)沸騰蒸發(fā)， 上升至外管內(nèi)壁冷凝放出潛熱，凝結(jié)時(shí)放出的潛熱由外管壁的自然對(duì)流傳熱帶走。冷凝的水珠在外管內(nèi)壁形成液膜，回流到工質(zhì)中，工質(zhì)吸熱再次蒸發(fā)，這樣周而復(fù)始，完成熱管式自然對(duì)流傳熱的連續(xù)循環(huán)，如圖3所示。由于徑向熱管內(nèi)部采用氣液兩相流體相變傳熱，具有良好的等溫性，徑向熱管表面的各點(diǎn)溫度均勻性和一致性極其良好，大大提高了實(shí)驗(yàn)的精度；而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置在圓管內(nèi)布置電加熱絲由于布置的不均勻性會(huì)引起管壁溫度的不均勻，實(shí)驗(yàn)精度較差。
所述的徑向熱管，參考長(zhǎng)度lm，外徑25mm-60mm(也可根據(jù)需要選擇其他規(guī)格)。每根橫管的外表面嵌有3對(duì)熱電偶，以測(cè)量橫管的外壁溫。空氣溫度由兩個(gè)布置在隔離柜上下兩端的2個(gè)熱電偶測(cè)得，最后取平均值。徑向熱管水平懸掛在隔離柜內(nèi)，以減小因人員走動(dòng)而引起的空氣擾動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)工況的影響。徑向熱管內(nèi)放置電加熱棒作為熱源，而電加熱功率控制裝置連接有功率表以測(cè)量發(fā)熱功率。
權(quán)利要求
1.一種徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括隔離柜(1)、電加熱功率控制裝置(2)、數(shù)據(jù)采集儀(3)、計(jì)算機(jī)(4)、絕熱懸掛絲(5)、徑向熱管 (6 )、熱電偶(10 )；隔離柜(1)內(nèi)設(shè)有絕熱懸掛絲(5 )和2個(gè)熱電偶(10 )，在絕熱懸掛絲(5 ) 下端設(shè)有徑向熱管(6 )；數(shù)據(jù)采集儀(3 )與5個(gè)熱電偶(10 )相連接，數(shù)據(jù)采集儀(3 )與計(jì)算機(jī)(4 )相連接，電加熱功率控制裝置(2 )與電加熱棒(13 )相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的徑向熱管(6)包括外管(7)、第一封頭(8)、內(nèi)管(9)、熱電偶(10)、 第二封頭(11)、抽氣管(12)、電加熱棒(13)和液體工質(zhì)(14);外管(7)外表面設(shè)有3個(gè)熱電偶(10)，外管(7)內(nèi)設(shè)有內(nèi)管(9)，內(nèi)管(9)內(nèi)設(shè)有電加熱棒(13)，外管(7)與內(nèi)管(9)偏心放置，兩端通過(guò)第一封頭(8)和第二封頭(11)相連接，形成的封閉腔內(nèi)有液體工質(zhì)(14)，第二封頭(11)上設(shè)有抽氣管(12)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置。它包括隔離柜、電加熱功率控制裝置、數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)、絕熱懸掛絲、徑向熱管、熱電偶；隔離柜內(nèi)設(shè)有絕熱懸掛絲和2個(gè)熱電偶，在絕熱懸掛絲下端設(shè)有徑向熱管；數(shù)據(jù)采集儀與5個(gè)熱電偶相連接，數(shù)據(jù)采集儀與計(jì)算機(jī)相連接，電加熱功率控制裝置與電加熱棒相連接。本發(fā)明將徑向熱管應(yīng)用于大空間橫管外空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，利用徑向熱管等溫性較好的特點(diǎn)，創(chuàng)造大空間橫管外空氣自然對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)中所需的恒壁溫條件，對(duì)驗(yàn)證橫管表面空氣自然對(duì)流傳熱的準(zhǔn)則方程實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大的幫助，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度。
文檔編號(hào)G01N25/20GK102520006SQ20111035214
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者吳杰, 孫玉闊, 曾軼, 洪榮華, 肖玉麒, 陳健 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)