低温标准黑体辐射源用热管温度均匀性研究

发布时间：2017-09-09 11:07

  本文关键词：低温标准黑体辐射源用热管温度均匀性研究

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【摘要】：辐射测温技术的广泛应用带来了辐射测温仪标定的广泛需求,标准黑体辐射源作为辐射温度计的标定器件受到越来越多的重视,而空腔式标准黑体源腔体温度的均匀性直接影响的了黑体源的溯温性能。常见的黑体源均温方式有电阻丝缠绕式、恒温油浴式和热管式三种。相对于电阻缠绕式黑体源的均温性缺陷与恒温油浴黑体源的控温困难,热管式黑体辐射源具有控温方便,升温迅速,温度均匀性好等特点。热管由于其良好的等温性与稳定性,在黑体源的使用中取得了良好的效果,但目前热管研究多集中在其传热性能方面,对影响黑体源热管温度均匀性的因素的研究较少。本文针对低温黑体辐射源用热管,实验测试了各个因素对其温度均匀性的影响,并建立了黑体源热管内热阻模型,分析了影响热管温度均匀性的重要因素。本文设计了一个不锈钢-水热管,利用接触式测温方式对热管进行了实验研究,测试了毛细结构、运行温度、倾斜角度与充液率等因素对温度均匀性的影响。比较了接触式测温与拉拽式测温方式,发现拉拽式测温具有较大的误差。实验发现,黑体源热管内腔壁面温度沿轴向逐渐降低,且距离底部越远,下降速度越快。热管温度均匀性随着运行温度升高而变差,且热管温度均匀性在没有管芯时比有管芯时表现更好。同时发现,充液率较小时,热管温度均匀性随着倾角变化不大,但是当充液率较高时,热管温度均匀性随着倾角变化有一个恶化又变好的波动过程。分析认为在热管倾斜时热管内工质液位会发生变化,液位可能接近或淹没内腔壁面而造成运行时的温度不均。为解决这一问题,设计了一个铜-R134a热管,热管外筒与内腔采用偏心布置,水平放置时内筒偏向上方。对铜-R134a热管进行了实验测试,采用区域温度标准差作为温度均匀性的标准,实验测试了倾角、充液率、运行温度等因素对温度均匀性的影响。实验表明,偏心布置的热管解决了热管倾斜时均温性恶化的问题。同时验证了热管运行温度越高均温性越差。在实验充液率下,充液率对温度均匀性的影响不明显。建立了黑体源热管内腔壁面热阻模型,热阻分析结果表明,低温黑体源内筒壁面与腔口的辐射换热可以忽略。影响壁面温度均匀性的主要有以下几个因素,一是由于腔口端面的散热导致的轴向温差；二是由于散热不匀与内部流动不均匀导致的轴向管壁蒸汽侧液膜厚度不同,导致了轴向温度差。由漏热导致的温度不均匀性影响范围较小,主要影响近腔口区域,而由于液膜厚度的影响导致的轴向温差影响范围较大,是影响温度分布的重要因素。
【关键词】：黑体辐射源 热管 温度均匀性
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH811
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 引言12-14
• 1.2 热管概念及特性简介14-19
• 1.2.1 热管的概念14-15
• 1.2.2 热管的特性15-16
• 1.2.3 热管的极限16-19
• 1.2.4 热管的分类19
• 1.3 热管温度均匀性研究现状19-22
• 1.4 研究内容22-24
• 第2章 水不锈钢黑体源热管温度均匀性研究24-44
• 2.1 黑体源热管的设计加工及灌装24-28
• 2.1.1 热管工作液体的选择24
• 2.1.2 吸液芯的选择24-25
• 2.1.3 热管管壳设计25-26
• 2.1.4 热管的加工26-27
• 2.1.5 热管的充装27-28
• 2.2 水均温热管实验系统及实验内容28-31
• 2.2.1 实验系统28-29
• 2.2.2 实验内容29-31
• 2.3 实验结果讨论31-42
• 2.3.1 接触测温与拉拽测温的比较31-34
• 2.3.2 热管毛细结构对温度均匀性的影响34-36
• 2.3.3 热管运行温度对温度均匀性的影响36-37
• 2.3.4 热管充液率对热管温度均匀性影响37
• 2.3.5 热管倾角对温度均匀性的影响37-42
• 2.4 小结42-44
• 第3章 氟利昂铜热管温度均匀性实验研究44-52
• 3.1 实验系统44-45
• 3.2 实验内容45-46
• 3.2.1 热管充装45-46
• 3.2.2 实验步骤46
• 3.3 实验结果讨论46-50
• 3.3.1 实验数据处理46-47
• 3.3.2 均温性随倾角的变化47-48
• 3.3.3 均温性随运行温度的变化48-49
• 3.3.4 热管均温性随充液量的变化49-50
• 3.4 小结50-52
• 第4章 黑体源热管理论模型52-64
• 4.1 热管的热阻模型52-58
• 4.2 液膜导热热阻58-59
• 4.3 黑体源热管空腔的辐射热阻59-61
• 4.4 轴向导热热阻61-62
• 4.5 小结62-64
• 第5章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64
• 5.2 论文创新点64
• 5.3 前景展望64-66
• 参考文献66-70
• 第6章 作者简介70-71
• 第7章 致谢71

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本文编号：820067