供暖装置中对热虹吸管的实验研究

王婧璇，惠 尧，刘 爽，战洪仁

(沈阳化工大学 能源与动力工程学院，辽宁 沈阳 110142)

近年来，对于热管技术的飞速发展，热虹吸管作为当代一门新兴技术，具有优良的热传导性受到各行各业科研工作者的青睐，它的导热能力已经超过任何一种金属，可以凭借很小的截面远距离输送大量的热而无需外加动力。为了提高热虹吸管的传热效率，因此本实验开始对两相闭式热虹吸管进行研究，为深度开发以及工程应用提供了基础数据[1]。

1 实验目的

为研究两相闭式热虹吸管的传热性能的影响因素，本实验通过测量两相闭式热虹吸管蒸发段的壁温来判定两相闭式热虹吸管是否改变。通过蒸发段壁温可计算得到两相闭式热虹吸管的热阻。后又通过改变两相闭式热虹吸管的加热功率、倾斜角度来研究对两相闭式热虹吸管传热性能的影响。本实验装置的加热功率为200～500 W，倾斜角度为30～90°的条件下，通过实验研究数据和图片分析了普通两相闭式热虹吸管和插件两相闭式热虹吸管的传热性能[2]。

2 实验装置

本实验装置通过测量两相闭式热虹吸管的壁温，来得到在不同功率和倾斜角的前提下对两相闭式热虹吸管的传热性能和各项阻值的影响。图1为两相闭式热虹吸管传热性能实验装置图，装置是由待测两相闭式热虹吸管、加热系统、冷却系统、绝热系统、数据扫描与记录系统和倾角设定系统组成[3]。

图1 两相闭式虹热吸管传热性能实验装置示意图

3 实验步骤

实验步骤如下：

1)第一应查看实验台设备是否安全，若有螺丝松动或者装置漏电漏水等不安全因素应立即上报维修；

2)把数据采集系统打开，反复确保检测各测温点的温度有无异常；

3)在供给箱内有充足的冷却水，开启自吸式离心泵，此时由于冷却水的温度因为在流动过程中受到水泵的加热而略有上升，应监测水套入口冷却水的温度达到稳定；

4)认真检查转子流量计测量的是不是准确数值；

5)在计数前，使电压表、电流表接通电流3～8 min可保证电压、电流值的准确性，再开启加热系统中电流表、电压表的电源；

6)3～8 min左右，开启加热系统中调压器的电源，并微调调压器。查看电压表、电流表示数是否有异常，如无异常则应缓慢转动调压器旋钮，同时观察电流值与电压值，直至达到指定的加热功率结束实验。

7)当实验结束后，为保持冷却系统的继续运转，应首先将调压器缓慢调回零点，接着观察两相闭式热虹吸管各壁温值接近室温等几分钟后，检查各项装置并且关闭所有电源。

4 实验数据处理

4.1 普通热虹吸管的数值记录

图2 为普通热虹吸管在平均壁温达到320 K左右800 s以内的蒸发段壁温的曲线数值。从图中可以得知在200、275、350、425、500 W的热功率下500 W的壁温上升的数值改变了最大；从曲线图中可以看出从0 s开始到大概90 s左右蒸发段平均壁温增加最快，从80～220 s左右蒸发段平均壁温增长照前一阶段增长缓慢，在220 s以后数值基本呈平稳趋势，偶尔有波动。

图2 启动阶段不同加热功率条件下的蒸发段平均壁温

4.2 热虹吸管各项阻值的计算过程

为了保证实验的准确性，两相闭式热虹吸管的计算数据进行统计，每一个测温点进行了600次的数据记录取得平均值:

本实验对两相闭式热虹吸管的绝热段进行了处理，和忽略其他热量损失，则热虹吸管输入功率为：

利用镍铬合金电阻丝两端电压和通过电流，计算出两相闭式热管的冷凝管部分吸收的热量为：

利用体积流量，密度，比热容等公式计算得出总热阻计算公式：

下列是热虹吸管蒸发段的热阻计算公式：

下列是热虹吸管冷凝段的热阻计算公式：

5 功率对传热性能的影响

图3 为加热功率对普通热虹吸管阻值的影响图，可以看出在加热功率从200～500 W时无论在实验中任何倾斜角的条件下总热阻都呈下降趋势。通过实验结果和数据得知可以通过气流和在蒸发段的能量的输入效率等因素改变两相闭式热虹吸管传热性能和相变速率。

图3 加热功率对普通热虹吸管阻值的影响

6 倾角的影响

图4 倾斜角度对热虹吸管蒸发段热阻的影响

图4为在不同加热功率条件下，倾斜角度(0～90°)与热虹吸管蒸发段热阻的关系，由图可知，倾斜角度对热虹吸管蒸发段传热性能和热阻有着非常明显的影响。在加热功率为200～425 W的条件下的蒸发段热阻都随倾角的增大而有大幅度且波动规律相似的波动，且均在倾斜角度为60°时取得最小值，倾斜角度为75°时取得最大值。而加热功率为500 W时，蒸发段热阻的变化趋势与其他四种有显著区别，因此在研究倾斜角度与蒸发段传热性能的关系中不予考虑加热功率为500 W的情况。如果在实验中不发生传热恶化的情况下，当倾斜角度为60°相时蒸发段传热功率最好，与倾斜角度为90°相比较，蒸发段热阻平均降低12.0%左右。

7 总结

本实验通过对两相闭式热虹吸管在不同加热功率和倾斜角度的研究下，发现通过改变加热功率和倾斜角度对两相闭式热虹吸管传热性能和各项阻值有着重要影响。两相闭式热虹吸管蒸发段热阻随加热功率的增大逐减小。在倾角为45°时冷凝段传热性能最好；在倾斜角为60°时蒸发段传热效率最好。

本热虹吸管装置不仅仅可以代替烧锅炉供暖，还可以安装到汽车中给汽车内供暖，规避了普通供暖方式对煤和汽油的燃烧使用，通过电的方式来取暖，安全卫生环保，使人们生活更加舒适。迄今为止热虹吸管仍然是研究者热议探讨的话题，本实验研究对生产生活发展做出了积极的参考作用[4]。