CN111337535A - 一种热管传热性能测试装置及其测试方法 - Google Patents
一种热管传热性能测试装置及其测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111337535A CN111337535A CN202010253495.4A CN202010253495A CN111337535A CN 111337535 A CN111337535 A CN 111337535A CN 202010253495 A CN202010253495 A CN 202010253495A CN 111337535 A CN111337535 A CN 111337535A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat pipe
- heat
- heat transfer
- thermoelectric conversion
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种热管传热性能测试装置及其测试方法，属于传热技术领域，包括加热设备(1)、待测热管(2)、热电转化模块(3)、冷源系统(4)、电参数测量系统(5)、电子计算机(6)和温度测量系统(7)、保温材料(8)和过渡模块(9)。测试时，热量首先从加热设备向待测热管的蒸发段传递，然后进一步向绝热段、冷凝段传递，再向过渡模块和热电转化模块进行传递，通过电参数测量系统和电子计算机测量出热电转化模块的实时转化情况，从而可计算出传热量，待测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热管的尺寸参数计算得到热管的传热性能。本发明具有测试设备简单、测试方便、测试精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种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，热管的等效导热系数远大于铜、铝等金属导热材料的，被誉为导热的“超导体”，其在航天器热控制和电子设备散热等诸多领域有着重要的应用。
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，尤其是测量高温热管的情况下，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·cp·(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)；
cp——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
本发明目的在于针对采用传统方法测量热管传热性能时对隔热保温措施要求高、测量误差较大、测试不方便的现状，提供一种新型热管传热性能测试装置及其测试方法，该测试装置在待测热管的冷凝段设置有参数匹配的热电转换模块，测试时，通过测出热电转化量，从而推算出传热量，最终实现对待测热管传热性能的测量，具有测试设备简单、测试方便、测试精度高等优点，用来测量平板热管和高温热管时效果尤其明显。
现有技术对电参数的测量是比较方便且精度高，而传热量与热电转化量在特定条件下是密切关联的，着眼于这一点，本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种热管传热性能测试装置及其测试方法，包括加热设备(1)、待测热管(2)、热电转化模块(3)、冷源系统(4)、电参数测量系统(5)、电子计算机(6)和温度测量系统(7)、保温材料(8)和过渡模块(9)。测试时，热量首先从加热设备向待测热管的蒸发段传递，然后由热管蒸发段向绝热段、冷凝段传递，再由冷凝段向过渡模块和热电转化模块进行传递，通过电参数测量系统和电子计算机测量出热电转化模块的实时转化情况，从而可计算出热量传递的大小和速率，待测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热管的尺寸参数计算得到热管的传热性能。
作为本发明的一种优选技术方案：本发明测试时不是采用输入热量减去漏热从而计算得到传热量，也不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，而是利用设置在热管冷凝段的热电转化模块将传热量转化为电能，然后通过测量热电转化模块的实时发电参数从而计算得到传热量。
作为本发明的一种优选技术方案：本发明既适合测量常规的圆柱式热管、也适合测量平板式热管，而且测量平板式热管时效果更佳，测量平板式热管时过渡模块结构比较简单甚至可以省略，热管的冷凝段能够直接与热电转化模块接触并具有较好的接触和传热效果，比采用传统的测试方法要便利得多。
作为本发明的一种优选技术方案：本发明所用的过渡模块可以是可充气且气体参数可调的气隙装置，也可以是纯固体材料，其作用主要有两个方面，一是同时与热管冷凝段和热电转化模块的热端接触从而较好地实现热量传递，二是可以根据需要在热管冷凝段和热电转化模块的热端之间设置相应的热阻，从而可实现对热管冷凝段和热电转化模块热端的温度进行适当的控制，从而使得该测试方法具有更广的适用范围。
作为本发明的一种优选技术方案：本发明既适合测量常温热管和中温热管、也适合高温热管，而且测量高温热管时效果更佳，测量高温热管时较传统的测试方法对保温的要求较低、测试精度却较高。
一种热管传热性能测试装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤(1)依据待测热管相关参数，确定蒸发段、绝热段及冷凝段的长度；
步骤(2)根据热管尺寸参数的具体情况，在待测热管上确定测温点安装并安装相应的热电偶，连接温度测试测量系统；
步骤(3)将待测热管蒸发段放置在大小匹配的加热设备的加热区域内并确保接触良好，并将保温材料包裹在热管绝热段及其它所需部位；
步骤(4)在热管的冷凝段设置上参数匹配的热电转化模块(如热管为圆柱式热管，则在热管冷凝段与热电转化模块之间设置一个过渡模块以保证热管冷凝段与热电转化模块之间有较好的接触和传热)；
步骤(5)将温度测量系统和电参数测量系统的数据线与电子计算机连接，打开电子计算机和相应的软件；
步骤(6)接通加热设备，设置一定的参数对待测热管进行加热；
步骤(7)对测试数据进行记录和处理，计算得到待测热管传热性能的测试结果数据。
本发明采用以上技术方案实现对待测热管的传热性能的测量，且具有测试设备简单、测试方便、测试精度高等优点。
附图说明
图1为本发明的一种热管传热性能测试装置及其测试方法的结构示意图(热管为圆柱式热管)。
其中标号解释：1-加热设备，2-待测热管，3-热电转化模块，4-冷源系统，5-电参数测量系统，6-电子计算机，7-温度测量系统，8-保温材料，9-过渡模块。
图2为本发明的一种热管传热性能测试装置及其测试方法的结构示意图(热管为平板式热管，含过渡模块)。
其中标号解释：1-加热设备，2-待测热管，3-热电转化模块，4-冷源系统，5-电参数测量系统，6-电子计算机，7-温度测量系统，8-保温材料，9-过渡模块。
图3为本发明的一种热管传热性能测试装置及其测试方法的结构示意图(热管为平板式热管，略去过渡模块)。
其中标号解释：1-加热设备，2-待测热管，3-热电转化模块，4-冷源系统，5-电参数测量系统，6-电子计算机，7-温度测量系统，8-保温材料。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种新型热管传热性能测试装置及其测试方法，一种热管传热性能测试装置，包括加热设备1、待测热管2、热电转化模块3、冷源系统4、电参数测量系统5、电子计算机6、温度测量系统7、保温材料8和过渡模块9。测试时，热量首先从加热设备向待测热管的蒸发段传递，然后由热管蒸发段向绝热段、冷凝段传递，再由冷凝段向过渡模块和热电转化模块进行传递，通过电参数测量系统和电子计算机测量出热电转化模块的实时转化情况，从而可计算出热量传递的大小和速率，待测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热管的尺寸参数计算得到热管的传热性能。
本发明测试时不是采用输入热量减去漏热从而计算得到传热量，也不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，而是利用设置在热管冷凝段的热电转化模块将传热量转化为电能，然后通过测量热电转化模块的实时发电参数从而计算得到传热量。
本发明既适合测量常规的圆柱式热管(对应的测试系统示意图如图1所示)、也适合测量平板式热管(对应的测试系统示意图如图2和图3所示，图3与图2相比，去掉了过渡模块)，而且测量平板式热管时效果更佳，测量平板式热管时过渡模块结构比较简单甚至可以省略，热管的冷凝段能够直接与热电转化模块接触并具有较好的接触和传热效果，比采用传统的测试方法要便利得多。
本发明既适合测量常温热管和中温热管、也适合测量高温热管，而且测量高温热管时效果更佳，测量高温热管时较传统的测试方法对保温的要求较低、测试精度却较高。
一种热管传热性能测试装置的测试方法，测试步骤如下：
步骤(1)依据待测热管相关参数，确定蒸发段、绝热段及冷凝段的长度；
步骤(2)根据热管尺寸参数的具体情况，在待测热管上确定测温点安装并安装相应的热电偶，连接温度测试测量系统；
步骤(3)将待测热管蒸发段设置匹配的加热设备并确保接触良好，并将保温材料包裹在热管绝热段及其它所需部位；
步骤(4)在热管的冷凝段设置上参数匹配的热电转化模块(如有需要，例如待测热管为圆柱式热管的情况，则在热管冷凝段与热电转化模块之间设置一个过渡模块以保证热管冷凝段与热电转化模块之间有较好的接触和传热)；
步骤(5)将温度测量系统和电参数测量系统的数据线与电子计算机连接，打开电子计算机和相应的软件；
步骤(6)接通加热设备，设置一定的参数对待测热管进行加热；
步骤(7)对测试数据进行记录和处理，计算得到待测热管传热性能的测试结果数据。
如上所述，在本发明的一种新型热管传热性能测试装置及其测试方法中，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，而是利用设置在热管冷凝段的热电转化模块将传热量转化为电能，然后通过测量热电转化模块的实时发电参数从而计算得到传热量。待测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热管的尺寸参数计算得到热管的传热性能。本发明的测试装置具有设备简单、测试方便、测试精度高等优点，因而适应性更广。
Claims (6)
1.一种热管传热性能测试装置及其测试方法，包括加热设备(1)、待测热管(2)、热电转化模块(3)、冷源系统(4)、电参数测量系统(5)、电子计算机(6)和温度测量系统(7)、保温材料(8)和过渡模块(9)。测试时，热量首先从加热设备向待测热管的蒸发段传递，然后由热管蒸发段向绝热段、冷凝段传递，再由冷凝段向过渡模块和热电转化模块进行传递，通过电参数测量系统和电子计算机测量出热电转化模块的实时转化情况，从而可计算出热量传递的大小和速率，待测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热管的尺寸参数计算得到热管的传热性能。
2.根据权利要求1所述的一种热管传热性能测试装置及其测试方法，其特征在于：测试时不是采用输入热量减去漏热从而计算得到传热量，也不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，而是利用设置在热管冷凝段的热电转化模块将传热量转化为电能，然后通过测量热电转化模块的实时发电参数从而计算得到传热量。
3.根据权利要求1所述的一种热管传热性能测试装置及其测试方法，其特征在于：既适合测量常规的圆柱式热管、也适合测量平板式热管，而且测量平板式热管时效果更佳，测量平板式热管时过渡模块结构比较简单甚至可以省略，热管的冷凝段能够直接与热电转化模块接触并具有较好的接触效果，比采用传统的测试方法要便利得多。
4.根据权利要求1所述的一种热管传热性能测试装置及其测试方法，其特征在于：过渡模块可以是可充气且气体参数可调的气隙装置，也可以是纯固体材料，其作用主要有两个方面，一是同时与热管冷凝段和热电转化模块的热端接触从而较好地实现热量传递，二是可以根据需要在热管冷凝段和热电转化模块的热端之间设置相应的热阻，从而可实现对热管冷凝段和热电转化模块热端的温度进行适当的控制，从而使得该测试方法具有更广的适用范围。
5.根据权利要求1所述的一种热管传热性能测试装置及其测试方法，其特征在于：既适合测量常温热管和中温热管、也适合高温热管，而且测量高温热管时效果更佳，测量高温热管时较传统的测试方法对保温的要求较低、测试精度却相对较高。
6.一种基于权利要求1所述的一种热管传热性能测试装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤(1)依据待测热管相关参数，确定蒸发段、绝热段及冷凝段的长度；
步骤(2)根据热管尺寸参数的具体情况，在待测热管上确定测温点安装并安装相应的热电偶，连接温度测试测量系统；
步骤(3)将待测热管蒸发段放置在大小匹配的加热设备的加热区域内并确保接触良好，并将保温材料包裹在热管绝热段及其它所需部位；
步骤(4)在待测热管的冷凝段设置上参数匹配的热电转化模块(如热管为圆柱式热管，则在热管冷凝段与热电转化模块之间设置一个过渡模块以保证热管冷凝段与热电转化模块之间有较好的接触和传热)；
步骤(5)将温度测量系统和电参数测量系统的数据线与电子计算机连接，打开电子计算机和相应的软件；
步骤(6)接通加热设备，设置一定的参数对待测热管进行加热；
步骤(7)对测试数据进行记录和处理，计算得到待测热管传热性能的测试结果数据。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010253495.4A CN111337535A (zh) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | 一种热管传热性能测试装置及其测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010253495.4A CN111337535A (zh) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | 一种热管传热性能测试装置及其测试方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111337535A true CN111337535A (zh) | 2020-06-26 |
Family
ID=71180585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010253495.4A Pending CN111337535A (zh) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | 一种热管传热性能测试装置及其测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111337535A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112415051A (zh) * | 2020-11-21 | 2021-02-26 | 西安交通大学 | 一种高温热管传热性能及失效测试实验装置 |
| CN112946019A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-11 | 凯龙高科技股份有限公司 | 一种柴油机尾气后处理保温隔热性能试验方法 |
| CN113884535A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-04 | 南通智能感知研究院 | 一种高适应性传热试验装置 |
| CN114778592A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-22 | 浙江康盛科工贸有限公司 | 微热管性能测试方法及其实现平台 |
| CN115524362A (zh) * | 2022-11-29 | 2022-12-27 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高温热管传热能力测试装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1673497A (zh) * | 2004-03-22 | 2005-09-28 | 丰田自动车株式会社 | 废热回收系统 |
| CN201349188Y (zh) * | 2008-12-31 | 2009-11-18 | 况学成 | 一种热管式热电模块及其发电装置 |
| CN102305807A (zh) * | 2011-05-25 | 2012-01-04 | 清华大学 | 一种测量微纳米热电材料或器件塞贝克系数的方法 |
| CN203432933U (zh) * | 2013-07-29 | 2014-02-12 | 张洁霞 | 热电转换隔热测试仪 |
| CN104007139A (zh) * | 2014-06-10 | 2014-08-27 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 热电模块的测试系统及热电模块的测试方法 |
| CN108088868A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-05-29 | 华北科技学院 | 平板型太阳能集热器法向发射率测试装置 |
| CN110849761A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-28 | 南京航空航天大学 | 一种高温热管传热性能测试装置及其测试方法 |
-
2020
- 2020-04-02 CN CN202010253495.4A patent/CN111337535A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1673497A (zh) * | 2004-03-22 | 2005-09-28 | 丰田自动车株式会社 | 废热回收系统 |
| CN201349188Y (zh) * | 2008-12-31 | 2009-11-18 | 况学成 | 一种热管式热电模块及其发电装置 |
| CN102305807A (zh) * | 2011-05-25 | 2012-01-04 | 清华大学 | 一种测量微纳米热电材料或器件塞贝克系数的方法 |
| CN203432933U (zh) * | 2013-07-29 | 2014-02-12 | 张洁霞 | 热电转换隔热测试仪 |
| CN104007139A (zh) * | 2014-06-10 | 2014-08-27 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 热电模块的测试系统及热电模块的测试方法 |
| CN108088868A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-05-29 | 华北科技学院 | 平板型太阳能集热器法向发射率测试装置 |
| CN110849761A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-28 | 南京航空航天大学 | 一种高温热管传热性能测试装置及其测试方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112415051A (zh) * | 2020-11-21 | 2021-02-26 | 西安交通大学 | 一种高温热管传热性能及失效测试实验装置 |
| CN112415051B (zh) * | 2020-11-21 | 2021-10-22 | 西安交通大学 | 一种高温热管传热性能及失效测试实验装置 |
| CN112946019A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-11 | 凯龙高科技股份有限公司 | 一种柴油机尾气后处理保温隔热性能试验方法 |
| CN113884535A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-04 | 南通智能感知研究院 | 一种高适应性传热试验装置 |
| CN114778592A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-22 | 浙江康盛科工贸有限公司 | 微热管性能测试方法及其实现平台 |
| CN115524362A (zh) * | 2022-11-29 | 2022-12-27 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高温热管传热能力测试装置 |
| CN115524362B (zh) * | 2022-11-29 | 2023-03-10 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高温热管传热能力测试装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111337535A (zh) | 一种热管传热性能测试装置及其测试方法 | |
| CN201903526U (zh) | 半导体薄膜材料低温下的电导率及塞贝克系数测试装置 | |
| CN102297877B (zh) | 一种薄膜热电性能参数的测量装置和方法 | |
| CN101290299B (zh) | 一种可变导热系数的测量装置及方法 | |
| CN102384928B (zh) | 测量高导热性固体材料热导率的方法 | |
| Beretta et al. | Thermoelectric characterization of flexible micro-thermoelectric generators | |
| CN105424745A (zh) | 一种高温热管测量装置及方法 | |
| CN106198616B (zh) | 同步测试纳米流体传热系数及其对热电发电系统发电效率影响规律的系统和方法 | |
| CN101949873A (zh) | 一种固体材料导热系数的测量装置 | |
| CN212255564U (zh) | 一种热电器件性能测试系统 | |
| CN110849761B (zh) | 一种高温热管传热性能测试装置及其测试方法 | |
| CN115616030B (zh) | 一种导热系数的测量方法 | |
| CN201666887U (zh) | 小型热电材料样品热传导性能测试仪 | |
| CN108593706A (zh) | 一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测系统 | |
| CN109781780B (zh) | 一种简易高导热材料导热系数稳态测试系统 | |
| WO2023125141A1 (zh) | 一种端子测温结构 | |
| CN106645284B (zh) | 一种圆管材料导热系数测量系统及其测量方法 | |
| CN107727951A (zh) | 一种温差发电单体模块热电性能测试工作台 | |
| CN211978736U (zh) | 一种用于稳态法测量复合相变材料导热系数的装置 | |
| CN201307065Y (zh) | 多级温差电致冷组件性能测试装置 | |
| CN101738230B (zh) | 低速热流体流量计 | |
| CN111879813A (zh) | 一种用于igbt模块贴装的导热介质传热性能参数测定装置 | |
| CN117147623A (zh) | 一种面向热力学参数分布式测量的宽温区流动量热仪 | |
| CN104122469B (zh) | 一种提高测量热电材料Seebeck系数精度的方法 | |
| CN105973499A (zh) | 一种外覆绝缘材料导体的温度测量方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200626 |