相变散热器性能测试

艾 鹏

（张家口市维佳工程设计咨询有限公司，河北张家口075000）

0 引 言

目前我国采暖工程中常用的散热器多种多样.铸铁散热器因使用寿命长，价格低廉等优势，在我国得到广泛使用.但其有承压低、不美观、内表面因铸造问题而易生锈等问题.钢制散热器虽然价格便宜，易于加工生产，传热性能好，但是散热器易因氧化而被快速腐蚀.市场上出现的铝制散热器导热性能好，密度小质量轻，价格低廉.但因碱水快速腐蚀而限制了其推广应用.

相变散热器美观大方，相变传热阻力小，不会出现一般散热器的漏水问题且相变材料与散热器壳体有很好的相容性［1］，抗腐蚀性能好，对供水水质无特殊要求.因此，相变散热器有良好的市场前景.近年来，我国对相变散热器的研究集中在相变散热器的实际应用［2，3］，已有相变散热器的技术改进［4－6］等方面.本文设计实验研究相变散热器的热工特性，为工程应用奠定基础.

1 测试研究

1.1 系统构成

相变散热器性能试验台系统原理图见图1.工艺系统由相变散热器、循环水泵、补水泵、电加热器、温度控制器（XL－21动力柜）、蓄热器、定压水箱和连接管路组成；数据采集系统主要完成对散热器壁面温度、供回水温度和流量的读取和控制.包括浮子流量计、精度为0.1℃的铜－康铜热电偶、精度为0.5℃的网络型数据采集器（FLUKE 2640A／2645ANetDAQ）和计算机.测试相变散热器规格为高1.5m，宽0.06m，共12片一组.

1.2 测点布置

（1）在加热器的进出口布置测点，用来测量供、回水温度.

（2）散热器外壁有13个测点用来测试散热器表面温度.

1.3 测试过程

通过供回水测点的热电偶的读数，利用电加热器及动力柜控制供水温度.通过观测流量计来调节阀门A控制流量为55L／h.测量供回水温度分别为30℃（工况1）、40℃（工况1）、50℃（工况2）、60℃（工况3）、70℃（工况4）、80℃（工况5）时，散热器不同位置不同时刻的温度.测量完毕后，停止运行各仪器，打开阀门C放水.

1.4 测试结果

根据设定的五个工况，进行实验方案的设计，并且在维持环境温度基本不变的情况下进行实验，结果如下.

图1 实验台系统原理图

从图2可以看出，该相变散热器在供水温度为38℃时开始相变，散热器表面温度开始上升.而且随着供水温度的升高，散热器表面温度逐渐上升，供水温度为40℃时，散热器表面温度为28.6℃，当供水温度升高至80℃时.散热器表面温度升高至48.2℃；且测点1至测点13温度变化不大，分析其原因主要是液气相变后，气体扩散快，导致整个散热器表面温度分布均匀.

图2 不同工况散热器表面温度温度变化

图3 不同工况下每片散热器放热量变化

图3给出了不同工况下散热器散热量随供水温度的变化.不同供水温度下，散热器散热量不同，随着供水温度的升高散热量逐渐增大.而且从图中可以看出，供水温度40℃－60℃时，散热量基本呈线性变化，当供水温度达超过60℃时，散热量急剧增加.

图4 测点1不同工况散热器表面温度随时间变化

图5 测点13不同工况散热器表面温度随时间变化

图4、图5分别给出了测点1与测点13在不同工况下散热器表面温度随着时间的变化.从图中可以看出，两个测点的温度随着时间变化不大，表明散热器散热均匀、稳定.

3 结 论

根据测试结果，得出以下结论：

（1）该型散热器具有良好的热传递功能.

（2）供水温度达到38℃时汽化开始，散热器板面温度28℃左右.

（3）该散热器板面温度分布均匀，最大温度偏差0.5℃.

（4）随着供水温度的升高（40℃－80℃）散热器的散热效果显著提高，供水温度80℃时，供回水温差12℃，散热量达到128W／柱.

测试结果表明该相变散热器温升快，温度分布均匀、稳定，具有良好的应用前景.

［1］杨世铭，陶文铨.传热学［M］.北京：高等教育出版社

［2］刘效洲，华贲，耿生斌.真空相变散热器［J］.中国建设信息：供热制冷，2004（10）

［3］燃气壁炉的好伴侣—真空相变散热器［J］.新材料新装饰，2005（01）

［4］张清华.改进的真空相变散热器［P］.中国专利ZL200520115483.6

［5］李元鼎.一种真空相变散热器［P］.中国专利ZL200920157370.0

［6］李元鼎.关于对钢制相变散热器的思考、认识及改进实践［J］.供热制冷，2004（6）