CN110133039A - 一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验*** - Google Patents

一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验*** Download PDF

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徐亮
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Abstract

一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***，包括支撑底座，支撑底座上支撑有转轴，转轴与驱动电机连接；转轴上套装的支撑杆一侧固定待测试的平行轴旋转热管，支撑杆另一侧安装配重块，平行轴旋转热管的蒸发端采用陶瓷加热圈进行非接触加热，陶瓷加热圈由可调直流电源进行供电，绝热段包裹保温棉进行隔热，冷凝端则直接暴露在空气中；平行轴旋转热管的表面温度采用热电偶测量，热电偶的测温信号通过无线温度采集模块传输给计算机，无线温度采集模块固定在转轴上；本发明能对不同管径的平行轴旋转热管在回转半径、转速、加热功率和传热流体的充液率等因素影响下的传热性能进行测试，具有成本低廉、通用性强、可靠性高和实施方便等优点。

Description

一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***
技术领域
本发明涉及热管性能测试技术领域，尤其涉及一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***。
背景技术
热管(或称热导管)是一种具有快速均温特性的特殊导热元件，旋转热管特指工作在旋转状态下的热管，与传统热管类似，其结构上也可划分为吸热端(蒸发端)、绝热段和放热端(冷凝端)三个部分，需要注意的是，旋转热管内部的液相传热流体主要依靠高速旋转产生的离心力作为回流驱动力。按照回转轴心与几何轴心的相对位置关系，旋转热管一般可以分为：平行轴旋转热管，径向旋转热管和同轴旋转热管。作为最常见的一种旋转热管类型，平行轴旋转热管多应用在高速电机转子、高速轴承内圈和汽轮机转轴等旋转部件的冷却设计中。
作为一种常用的热超导元件，在实际应用中常需要得到热管在实际工作状态下的传热性能(一般用热阻和等效传热系数来进行表征)，工业中最常用、最可靠的方法根据热管的实际使用环境，根据相似性原理，设计出简化的实验平台，来对热管沿轴向的温度进行测试，在经过数据处理，得到所需要的传热热阻和等效传热系数，作为冷却设计时的重要依据。
目前的测试实验平台对平行轴旋转热管进行传热性能测试时，通用性差，成本高，不能对不同管径的平行轴旋转热管在回转半径、转速、加热功率和传热流体的充液率等因素影响下的传热性能进行测试。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***，能对不同管径的平行轴旋转热管在回转半径、转速、加热功率和传热流体的充液率等因素影响下的传热性能进行测试，具有成本低廉、通用性强、可靠性高和实施方便等优点。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***，包括支撑底座1，支撑底座1通过支撑板、前轴承5、后轴承11支撑有转轴4，转轴4输入端通过联轴器3与驱动电机2的输出轴连接；
转轴4上套装的支撑杆8一侧固定待测试的平行轴旋转热管7，支撑杆8另外一侧安装配重块，用以平衡平行轴旋转热管7偏心旋转产生的不平衡量；
平行轴旋转热管7的蒸发端采用陶瓷加热圈6进行非接触加热，陶瓷加热圈6由可调直流电源13进行供电；平行轴旋转热管7的绝热段包裹保温棉进行隔热，冷凝端则直接暴露在空气中；
平行轴旋转热管7的表面温度采用热电偶9测量，在平行轴旋转热管7传热性能测试时需要记录其蒸发端、冷凝端和绝热段各处的温度分布，热电偶9的测温信号通过无线温度采集模块10进行传输给计算机12进行存储和显示，无线温度采集模块10固定在转轴4上。
所述的热电偶9在平行轴旋转热管7的表面具体布置形式为：在平行轴旋转热管7远离回转轴心的外表面上沿轴向布置7根热电偶9，分别是蒸发端起始处T1、蒸发端中部T2和蒸发端终止处T3，绝热段T4，冷凝端起始处T6、冷凝端中部T7和冷凝端终止处T8；在平行轴旋转热管7靠近回转轴心一侧的外表面上布置2根热电偶9，分别是蒸发端起始处T5和冷凝端终止处T9。
在实验过程中，通过控制驱动电机2来实现不同测试转速的输入；通过调整支撑杆8的结构实现不同尺寸大小的平行轴旋转热管7在不同回转半径下的传热性能的测试；通过调整可调直流电源13输入的电压和电流，从而实现不同加热功率的输入。
所述的无线温度采集模块10具有通讯和存储功能，具备基于Wi-Fi的无线传输功能，能够将电热偶9采集的温度数据传输至同一Wi-Fi环境下的计算机12进行存储和显示。
所述的平行轴旋转热管7管壁材质为紫铜，内壁面上能够添加滤芯结构来提高冷凝液体的回流。
所述的滤芯结构为铜网滤芯或烧结铜粉滤芯。
本发明与现有技术相比的优势在于：
本发明实现了平行轴旋转热管在不同转速、加热功率和旋转半径下的传热性能测试，进而得到平行轴旋转热管的传热热阻或等效传热系数，为基于平行轴旋转热管冷却结构的设计计算提供指导，所获得的实验数据可以作为平行轴旋转热管在高速电机、汽轮机转轴等冷却领域应用的设计依据。本发明的推广对于热管冷却技术在更多应用场合的探索具有非常重要的意义，同时本发明***实施相对简单，成本较低，具有结构紧凑、运行稳定、实用性强等特点。
附图说明
图1是本发明试验***的示意图。
图2是图1中的旋转部分示意图。
图3是热电偶在平行轴旋转热管的表面布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述。
参照图1和图2，一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***，包括支撑底座1，支撑底座1通过支撑板、前轴承5、后轴承11支撑有转轴4，转轴4输入端通过联轴器3与驱动电机2的输出轴连接，驱动电机2固定在支撑底座1上，通过控制驱动电机2来实现不同测试转速的输入；
转轴4上套装的支撑杆8一侧固定待测试的平行轴旋转热管7，支撑杆8另外一侧安装配重块，用以平衡平行轴旋转热管7偏心旋转产生的不平衡量，保障***安全、稳定运行；在实验过程中，通过调整支撑杆8的结构实现不同尺寸大小的平行轴旋转热管7在不同回转半径下的传热性能的测试；
平行轴旋转热管7的蒸发端采用陶瓷加热圈6进行非接触加热，陶瓷加热圈6由可调直流电源13进行供电，通过调整可调直流电源13输入的电压和电流，从而实现不同加热功率的输入；平行轴旋转热管7的绝热段包裹保温棉进行隔热，冷凝端则直接暴露在空气中，通过周围冷空气的对流换热的方式对其进行冷却；
平行轴旋转热管7的表面温度采用热电偶9测量，热电偶9的布置方式如图3所示，与常规热管的传热性能测试方法类似，在平行轴旋转热管7传热性能测试时需要记录其蒸发端、冷凝端和绝热段各处的温度分布；与传统热管性能测试不同的是，需要考虑偏心旋转运动对于平行轴旋转热管7传热性能的影响，具体而言，在平行轴旋转热管7远离回转轴心的外表面上沿轴向布置7根热电偶9，分别是蒸发端起始处T1、蒸发端中部T2和蒸发端终止处T3，绝热段T4，冷凝端起始处T6、冷凝端中部T7和冷凝端终止处T8；另外，为了考量偏心旋转运动对于平行轴旋转热管7沿其周向的温度分布和传热性能的影响，在具体实施时需要测量平行轴旋转热管7靠近回转轴心一侧的温度，在平行轴旋转热管7靠近回转轴心一侧的外表面上布置2根热电偶9，分别是蒸发端起始处T5和冷凝端终止处T9；热电偶9的测温信号通过无线温度采集模块10进行传输得计算机12进行存储和显示，无线温度采集模块10通过螺钉固定在转轴4上，工作时与转轴4一起旋转。
所述的无线温度采集模块10具有通讯和存储功能，具备基于Wi-Fi的无线传输功能，能够将电热偶9采集的温度数据传输至同一Wi-Fi环境下的计算机12进行存储和显示。
所述的平行轴旋转热管7管壁材质为紫铜，内壁面上能够添加滤芯结构来提高冷凝液体的回流，从而强化平行轴旋转热管7的传热能力。
所述的滤芯结构为铜网滤芯或烧结铜粉滤芯。
本发明的工作原理为：
在平行轴旋转热管7传热测试过程中，首先需要在Wi-Fi环境下，在计算机12上建立与无线温度采集模块10的通讯连接，等待信号接收稳定后，再通过调整直流电源13至预期的输出功率，对平行轴旋转热管7的蒸发端进行加热，同时开启驱动电机2牵引旋转轴4进入工作状态，待计算机12上的温度示数稳定(此处的稳定状态是指：在特定的转速和加热功率下，温度示数在5分钟内的波动小于0.5℃)后即可改变驱动电机2的转速或可调直流电源13的加热功率进行下一个工况的传热性能测试。
本发明设计了一种简单、易于实施的试验***，用于平行轴旋转热管7传热性能测试。将平行轴旋转热管7通过支撑杆8安装在转轴4上，并且可以通过调整支撑杆8的结构改变平行轴旋转热管7传热性能测试的关键参数(如平行轴旋转热管7外形尺寸、回转半径等)。实验过程中，采用陶瓷加热圈6对平行轴旋转热管7的蒸发端进行加热，并可以通过调整直流电源13的输出电压和电流实现不同的加热功率，平行轴旋转热管7绝热段包裹保温棉进行隔热处理，而冷凝端在直接暴露在外界空气中，借助周围冷空气的对流换热来进行冷却。温度的测量则通过基于Wi-Fi的热电偶9和无线温度采集模块10实现，转轴4由驱动电机2进行驱动，并可通过控制驱动电机2来实现不同转速的测试需求。

Claims (6)

1.一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***，包括支撑底座(1)，其特征在于：支撑底座(1)通过支撑板、前轴承(5)、后轴承(11)支撑有转轴(4)，转轴(4)输入端通过联轴器(3)与驱动电机(2)的输出轴连接；
转轴(4)上套装的支撑杆(8)一侧固定待测试的平行轴旋转热管(7)，支撑杆(8)另外一侧安装配重块，用以平衡平行轴旋转热管(7)偏心旋转产生的不平衡量；
平行轴旋转热管(7)的蒸发端采用陶瓷加热圈(6)进行非接触加热，陶瓷加热圈(6)由可调直流电源(13)进行供电；平行轴旋转热管(7)的绝热段包裹保温棉进行隔热，冷凝端则直接暴露在空气中；
平行轴旋转热管(7)的表面温度采用热电偶(9)测量，在平行轴旋转热管(7)传热性能测试时需要记录其蒸发端、冷凝端和绝热段各处的温度分布，热电偶(9)的测温信号通过无线温度采集模块(10)进行传输得计算机(12)进行存储和显示，无线温度采集模块(10)固定在转轴(4)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***，其特征在于，所述的热电偶(9)在平行轴旋转热管(7)的表面具体布置形式为：在平行轴旋转热管(7)远离回转轴心的外表面上沿轴向布置7根热电偶(9)，分别是蒸发端起始处T1、蒸发端中部T2和蒸发端终止处T3，绝热段T4，冷凝端起始处T6、冷凝端中部T7和冷凝端终止处T8；在平行轴旋转热管(7)靠近回转轴心一侧的外表面上布置2根热电偶(9)，分别是蒸发端起始处T5和冷凝端终止处T9。
3.根据权利要求1所述的一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***，其特征在于：在实验过程中，通过控制驱动电机(2)来实现不同测试转速的输入；通过调整支撑杆(8)的结构实现不同尺寸大小的平行轴旋转热管(7)在不同回转半径下的传热性能的测试；通过调整可调直流电源(13)输入的电压和电流，从而实现不同加热功率的输入。
4.根据权利要求1所述的一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***，其特征在于：所述的无线温度采集模块(10)具有通讯和存储功能，具备基于Wi-Fi的无线传输功能，能够将电热偶(9)采集的温度数据传输至同一Wi-Fi环境下的计算机(12)进行存储和显示。
5.根据权利要求1所述的一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***，其特征在于：所述的平行轴旋转热管(7)管壁材质为紫铜，内壁面上能够添加滤芯结构来提高冷凝液体的回流。
6.根据权利要求5所述的一种用于平行轴旋转热管传热性能测试的试验***，其特征在于：所述的滤芯结构为铜网滤芯或烧结铜粉滤芯。
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