基于中子成像技术环路热管的可视化试验研究
发布时间：2022-01-13 20:02
基于中子成像（NR）技术对铜-丙烯环路热管（LHP）在不同加热功率（0、5和10 W）下的运行进行了可视化研究。结果表明:在加热功率为5 W时蒸发器内液体工质在减少,冷凝器能够充分冷凝,液体管线充满液体工质;在加热功率10 W时热管内部冷凝的液体工质量在减少,蒸发器开始出现烧干现象;环路热管能够成功启动并稳定运行,且随加热功率增加启动时间减少;LHP在5 W时内部的气液分布使得传热性能最佳,在10 W时风扇的强制对流并不能达到充分冷凝的效果,导致热管热阻增大,性能变差;LHP运行过程中气体管线部分存在残留液体工质,这会减少LHP的工质实际循环量,降低其传热性能。
【文章来源】：热能动力工程. 2020,35(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同加热功率下LHP温度变化曲线
借助中国工程物理研究院的热中子成像检测仪(TNRF),其发出的中子热射线能够穿透金属区分蒸汽和液体并输出图片。该环路热管主要由蒸发器、气体管线、冷凝器、液体管线和储液器等部分构成,试验采用的LHP结构示意与参数如图1和表1所示。LHP由一个铜粉烧结的毛细芯和一个涡流通道冷凝器以及气液管线构成,各部件及管路材料均为铜制造而成,冷凝器盘管流动通道的尺寸与液体和气体管线的尺寸一致,气体管线的长度约为800 mm,液体管线的长度约为600 mm,气体和液体管线的外径均为6 mm,内径均为3 mm,壁厚为1.5 mm。试验选择充装的工质为丙烯,因为丙烯与铜管有很好的兼容性,适用于室温,并且在中子成像中显示出良好的对比度,计算充液率为70%(这里充液率定义为LHP总的内部空间体积百分比)。表1 环路热管结构参数Tab.1 Structural parameters of loop heat pipe 参 数 数 值 蒸发器(外径、长度)/mm 24、140 储液器(外径、长度)/mm 24、56 毛细芯(外径、长度)/mm 20、80 气体管线(外径、内径、长度)/mm 6、3、800 液体管线(外径、内径、长度)/mm 6、3、600 冷凝器(长、宽、高)/mm 100、100、10
试验测试系统主要由测温与加热系统、环路热管、冷却系统、数据采集系统和成像系统组成。所有试验都在室温(约295 K)下进行,试验过程中环路热管垂直放置,冷凝端在顶部,蒸发端在底部,试验测试系统的示意图如图2所示。在测温与加热系统中,蒸发器外壁的薄膜加热片连接一个直流稳压加热电源,将电能转化为热能以模拟加热源,在环路热管各关键部位外表面安装有9个精度优于±0.5 K的铂电阻以测量热管各部位温度,测点安装位置如图1所示,其中储液器和蒸发器上方设一个测温点为T1和T2,气体管线测温点为T3和T4,液体管线测温点为T8和T9,冷凝器入口,中间和出口处测温点为T5、T6和T7。冷却系统是通过风扇强制对流散热,使冷凝器降温。利用安捷伦数据采集仪来监测和记录温度数据,测得温度由数据采集系统采集并传输至计算机记录保存。成像系统使用的是热中子成像仪,来自中子反应堆堆芯的中子束穿过LHP,根据每个部件和工作流体的材料、密度和厚度而衰减,然后到达成像系统产生荧光,该荧光被系统中的镜子反射并被高速相机拍摄,拍摄的照片通过计算机进行实时输出和存储。在环路热管稳态运行期间,利用热中子成像检测仪拍摄了LHP的几个主要位置,包括蒸发器、冷凝器、储液器以及气体和液体管线,分别在功率为0、5和10 W稳定运行状态下拍摄3次,在成像试验的同时,对LHP各部分的温度变化进行监测,并将各组数据通过数据采集仪器实时传输到计算机进行后期分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]平板热管内气液两相流动与传热的可视化实验研究[J]. 于程,刘向东,张孟臣,陈永平,施明恒. 工程热物理学报. 2017(04)
[2]热管可视化方法的研究进展[J]. 夏婷,范红途,陈海军,朱跃钊. 热能动力工程. 2017(03)
[3]强化相变驱动的环路热管蒸发器可视化实验台建立及实验[J]. 郑铭铸,诸凯,杨洋,魏杰. 化工进展. 2016(07)
[4]氨工质脉动热管的可视化启动和传热性能研究[J]. 薛志虎,陈思员,曲伟. 中国科学:技术科学. 2015(09)
[5]环路热管启动特性的实验研究[J]. 张红星,林贵平,丁汀,邵兴国,R.G.Sudakov,Y.F.Maidanik. 中国科学E辑:工程科学 材料科学. 2005(01)
本文编号：3587059
【文章来源】：热能动力工程. 2020,35(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同加热功率下LHP温度变化曲线
借助中国工程物理研究院的热中子成像检测仪(TNRF),其发出的中子热射线能够穿透金属区分蒸汽和液体并输出图片。该环路热管主要由蒸发器、气体管线、冷凝器、液体管线和储液器等部分构成,试验采用的LHP结构示意与参数如图1和表1所示。LHP由一个铜粉烧结的毛细芯和一个涡流通道冷凝器以及气液管线构成,各部件及管路材料均为铜制造而成,冷凝器盘管流动通道的尺寸与液体和气体管线的尺寸一致,气体管线的长度约为800 mm,液体管线的长度约为600 mm,气体和液体管线的外径均为6 mm,内径均为3 mm,壁厚为1.5 mm。试验选择充装的工质为丙烯,因为丙烯与铜管有很好的兼容性,适用于室温,并且在中子成像中显示出良好的对比度,计算充液率为70%(这里充液率定义为LHP总的内部空间体积百分比)。表1 环路热管结构参数Tab.1 Structural parameters of loop heat pipe 参 数 数 值 蒸发器(外径、长度)/mm 24、140 储液器(外径、长度)/mm 24、56 毛细芯(外径、长度)/mm 20、80 气体管线(外径、内径、长度)/mm 6、3、800 液体管线(外径、内径、长度)/mm 6、3、600 冷凝器(长、宽、高)/mm 100、100、10
试验测试系统主要由测温与加热系统、环路热管、冷却系统、数据采集系统和成像系统组成。所有试验都在室温(约295 K)下进行,试验过程中环路热管垂直放置,冷凝端在顶部,蒸发端在底部,试验测试系统的示意图如图2所示。在测温与加热系统中,蒸发器外壁的薄膜加热片连接一个直流稳压加热电源,将电能转化为热能以模拟加热源,在环路热管各关键部位外表面安装有9个精度优于±0.5 K的铂电阻以测量热管各部位温度,测点安装位置如图1所示,其中储液器和蒸发器上方设一个测温点为T1和T2,气体管线测温点为T3和T4,液体管线测温点为T8和T9,冷凝器入口,中间和出口处测温点为T5、T6和T7。冷却系统是通过风扇强制对流散热,使冷凝器降温。利用安捷伦数据采集仪来监测和记录温度数据,测得温度由数据采集系统采集并传输至计算机记录保存。成像系统使用的是热中子成像仪,来自中子反应堆堆芯的中子束穿过LHP,根据每个部件和工作流体的材料、密度和厚度而衰减,然后到达成像系统产生荧光,该荧光被系统中的镜子反射并被高速相机拍摄,拍摄的照片通过计算机进行实时输出和存储。在环路热管稳态运行期间,利用热中子成像检测仪拍摄了LHP的几个主要位置,包括蒸发器、冷凝器、储液器以及气体和液体管线,分别在功率为0、5和10 W稳定运行状态下拍摄3次,在成像试验的同时,对LHP各部分的温度变化进行监测,并将各组数据通过数据采集仪器实时传输到计算机进行后期分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]平板热管内气液两相流动与传热的可视化实验研究[J]. 于程,刘向东,张孟臣,陈永平,施明恒. 工程热物理学报. 2017(04)
[2]热管可视化方法的研究进展[J]. 夏婷,范红途,陈海军,朱跃钊. 热能动力工程. 2017(03)
[3]强化相变驱动的环路热管蒸发器可视化实验台建立及实验[J]. 郑铭铸,诸凯,杨洋,魏杰. 化工进展. 2016(07)
[4]氨工质脉动热管的可视化启动和传热性能研究[J]. 薛志虎,陈思员,曲伟. 中国科学:技术科学. 2015(09)
[5]环路热管启动特性的实验研究[J]. 张红星,林贵平,丁汀,邵兴国,R.G.Sudakov,Y.F.Maidanik. 中国科学E辑:工程科学 材料科学. 2005(01)
本文编号：3587059
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