專利名稱：徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對流傳熱實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及傳熱學自然對流傳熱系數的測試與實驗裝置，尤其是一種徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對流傳熱實驗裝置。
背景技術：
自然對流傳熱現象是自然界中的常見現象。自然對流傳熱區分為大空間自然對流與有限空間自然對流，又稱為外部自然對流與內部自然對流。所謂大空間自然對流，是指熱邊界層的發展不受到干擾或阻礙的自然對流，而不拘泥于幾何上的很大或無限大。研究橫管在空氣中自然對流的規律，具有十分重要的意義。傳熱界一些著名學者對于大空間水平或者豎直放置的管外自然對流傳熱，已經成功地整理成實驗關聯式，其應用相似理論進行實驗研究的方法是高等工科院校教學實驗環節必不可少的重要內容。對于橫管自然對流傳熱教學實驗裝置，許多大學均采用自制設備來完成。如浙江大學、中國計量學院等院校在教學實驗中，在大空間內水平吊掛被加熱的圓管，進行橫管表面空氣自然對流實驗，根據實驗數據可以得出準則方程，并與已有的準則方程進行對比，有效地加深學生對大空間自然對流傳熱的理解。
但是，實驗原理中多處用到圓管壁溫參數，而實驗中一般假設圓管為恒壁溫，因而如何保證圓管壁的恒溫性對實驗結果的精度有較大影響。傳統的圓管采用不銹鋼管內置加熱源的設計方法，管壁各處的溫度存在一定的不均勻性。因而實驗結果的精度受到影響。發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供了一種徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對流傳熱實驗裝置。
本發明通過以下技術方案來實現徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對流傳熱實驗裝置包括隔離柜、電加熱功率控制裝置、數據采集儀、計算機、絕熱懸掛絲、徑向熱管、熱電偶；隔離柜內設有絕熱懸掛絲和 2個熱電偶，在絕熱懸掛絲下端設有徑向熱管；數據采集儀與5個熱電偶相連接，數據采集儀與計算機相連接，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、內管、熱電偶、第二封頭、抽氣管、電加熱棒和液體工質；外管外表面設有3個熱電偶，外管內設有內管，內管內設有電加熱棒，外管與內管偏心放置，兩端通過第一封頭和第二封頭相連接，形成的封閉腔內有液體工質，第二封頭上設有抽氣管。
本發明將徑向熱管應用于大空間橫管外空氣自然對流傳熱實驗裝置，利用徑向熱管等溫性較好的特點，創造大空間橫管外空氣自然對流傳熱實驗中所需的恒壁溫條件， 對驗證橫管表面空氣自然對流傳熱的準則方程實驗帶來很大的幫助，提高了實驗結果的精度。
圖1為徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對流傳熱實驗裝置結構示意圖； 圖2為本發明的徑向熱管的半剖結構示意圖；圖3為本發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、數據采集儀3、計算機4、絕熱懸掛絲5、徑向熱管6、外管7、第一封頭8、內管9、熱電偶10、第二封頭11、抽氣管12、電加熱棒13、液體工質 14。
具體實施方式
如圖1所示，徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對流傳熱實驗裝置包括隔離柜1、電加熱功率控制裝置2、數據采集儀3、計算機4、絕熱懸掛絲5、徑向熱管6、熱電偶10 ； 隔離柜1內設有絕熱懸掛絲5和2個熱電偶10，在絕熱懸掛絲5下端設有徑向熱管6 ；數據采集儀3與5個熱電偶10相連接，數據采集儀3與計算機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14 ；外管7外表面設有3個熱電偶10，外管7內設有內管9，內管9內設有電加熱棒13，外管7與內管9偏心放置，兩端通過第一封頭8和第二封頭11相連接，形成的封閉腔內有液體工質14，第二封頭11上設有抽氣管12。
所述的徑向熱管是由內外兩個直徑不等的外管和內管用封頭密封組合而成，外管和內管之間抽真空后再充入一定量的液體工質。此徑向熱管的內管段為蒸發端，外管的上半段為冷凝端，當徑向熱管的內管受熱時，熱管中的液體迅速蒸發，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成液體，液體依靠重力的作用流回蒸發段， 如此循環不止，熱量由熱管內管一端傳至外管一端。這種循環是快速進行的，熱量可以被源源不斷地傳導開來。熱管內腔的蒸汽處于飽和狀態，飽和蒸汽的壓力決定了飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發段流向冷凝段所產生的壓降很小，根據熱力學中的方程式可知，溫降亦很小，因而此徑向熱管具有優良的等溫性。
實驗時，徑向熱管水平放置，熱量從加熱棒傳遞給工質(蒸餾水)，工質沸騰蒸發， 上升至外管內壁冷凝放出潛熱，凝結時放出的潛熱由外管壁的自然對流傳熱帶走。冷凝的水珠在外管內壁形成液膜，回流到工質中，工質吸熱再次蒸發，這樣周而復始，完成熱管式自然對流傳熱的連續循環，如圖3所示。由于徑向熱管內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溫度均勻性和一致性極其良好，大大提高了實驗的精度；而傳統實驗裝置在圓管內布置電加熱絲由于布置的不均勻性會引起管壁溫度的不均勻，實驗精度較差。
所述的徑向熱管，參考長度lm，外徑25mm-60mm(也可根據需要選擇其他規格)。每根橫管的外表面嵌有3對熱電偶，以測量橫管的外壁溫。空氣溫度由兩個布置在隔離柜上下兩端的2個熱電偶測得，最后取平均值。徑向熱管水平懸掛在隔離柜內，以減小因人員走動而引起的空氣擾動對實驗工況的影響。徑向熱管內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量發熱功率。
權利要求
1.一種徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對流傳熱實驗裝置，其特征在于包括隔離柜(1)、電加熱功率控制裝置(2)、數據采集儀(3)、計算機(4)、絕熱懸掛絲(5)、徑向熱管 (6 )、熱電偶(10 )；隔離柜(1)內設有絕熱懸掛絲(5 )和2個熱電偶(10 )，在絕熱懸掛絲(5 ) 下端設有徑向熱管(6 )；數據采集儀(3 )與5個熱電偶(10 )相連接，數據采集儀(3 )與計算機(4 )相連接，電加熱功率控制裝置(2 )與電加熱棒(13 )相連接。
2.根據權利要求1所述的一種徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對流傳熱實驗裝置，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(14);外管(7)外表面設有3個熱電偶(10)，外管(7)內設有內管(9)，內管(9)內設有電加熱棒(13)，外管(7)與內管(9)偏心放置，兩端通過第一封頭(8)和第二封頭(11)相連接，形成的封閉腔內有液體工質(14)，第二封頭(11)上設有抽氣管(12)。
全文摘要
本發明公開了一種徑向熱管式大空間橫管外表面空氣自然對流傳熱實驗裝置。它包括隔離柜、電加熱功率控制裝置、數據采集儀、計算機、絕熱懸掛絲、徑向熱管、熱電偶；隔離柜內設有絕熱懸掛絲和2個熱電偶，在絕熱懸掛絲下端設有徑向熱管；數據采集儀與5個熱電偶相連接，數據采集儀與計算機相連接，電加熱功率控制裝置與電加熱棒相連接。本發明將徑向熱管應用于大空間橫管外空氣自然對流傳熱實驗裝置，利用徑向熱管等溫性較好的特點，創造大空間橫管外空氣自然對流傳熱實驗中所需的恒壁溫條件，對驗證橫管表面空氣自然對流傳熱的準則方程實驗帶來很大的幫助，提高了實驗結果的精度。
文檔編號G01N25/20GK102520006SQ20111035214
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者吳杰, 孫玉闊, 曾軼, 洪榮華, 肖玉麒, 陳健 申請人:浙江大學