[发明专利]一种高温热管传热性能测试装置及其测试方法

说明书

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。

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·c_p·(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)；

c_p——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