热管原理实验二、实验目的：1、了解热管的基本结构与工作原理。2、研究热管与普通金属管的传热性能。3、测量热管与金属管的传热功率。三、实验原理：1、热管的基本工作原理：典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成。将管内抽成1.3×(10-1～10-4)Pa的负压后，充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段(加热段)，另一端为冷凝段(冷却段)，中间可设置为绝热段。当热管的一端受热时，毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端，在那里放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，实现热的传输。2、热管的基本特性：热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有以下基本特性：(1)很高的导热性；(2)优良的等温性；(3)热流方向的可逆性；(4)热二极管与热开关性；即热管可制成热流方向单向性。热开关指仅当热源温度高于某一温度时，热管才开始工作。(5)环境适应性。3、重力热管本实验的装置为重力热管。它也是利用工质的蒸发和冷凝来传递热量，且不需要外加动力而工质自行循环。它与普通热管的不同点在于管内没有吸液芯，冷凝液从冷凝段返回蒸发段不是靠吸液芯所产生的毛细力，而是靠冷凝液自身的重力。因此重力热管具有方向性，蒸发段必须置于冷凝段的下方。由于重力热管没有吸液芯，所以不仅结构简单、成本低廉，而且传热性能优良，工作可靠。四、实验仪器本实验仪器包括两部分：RG-1热管原理实验仪，热管原理实验装置。1、RG-1热管原理实验仪前端有三个温度显示电表，分别用来显示进水温度、出水温度、冷凝端或蒸发端温度。另有一蒸发端温度设置调节旋扭。后端有四个温度传感器，分别用来测量进水温度、出水温度、冷凝端温度和蒸发端(加热器)温度。2、热管实验装置：包括一根原理热管，下端封闭于加热器上方有一阀门，用于连通或隔绝大气，另有一真空表，用来测量管内真空度。进水管、进水杯、出水管、出水杯。热管外面有冷凝水泡，可通以冷凝水。五、实验内容：(一)金属管的传热性能及传热功率1、金属管的导热性能：<1>打开阀门，连通大气，此时元件为普通金属管，注意要排空管内其他液体；<2>接好进、出水管，安放相应的温度传感器，加热器中水高度约为5cm，进水杯放入适量水，关闭进水杯出口。<3>打开电源开关，设置蒸发端温度，T设=90℃。<4>连通加热器，加热。当蒸发端温度达到90℃，(此时加热器端自动断开，温度沿惯性继续上升，直至逐步冷却至90℃以下，加热端又开始加热工作)，记录冷凝端温度T1，经过△t(6min)后，再次记录冷凝端温度T2，填写表1。表12、金属管的传热功率<1>打开进水阀门，调节好水的流速(管中呈细管状流态)。<2>观测T’1进水温度，T’2出水温度，当其基本稳定后，记录下T’1，T’2。<3>记录进水杯原水量m1，(可推算出原质量)，同时计时，经Δt后，记录进水杯现水量m2。<4>填写表2，由计算出其传热功率。表2(二)热管的导热性能及传输功率1、热管的导热性能<1>打进热管阀门，连通大气，用注射器注入3ml酒精。<2>设置T设=90℃，加热，当管内温度达到酒精沸点时，酒精将沸腾。<3>当冷凝端温度约40℃时，关闭阀门，停止加热。此后冷凝端温度将迅速上升至60℃左右，然后再逐渐下降。约30min后，T冷已降至较低温度，此时管内将形成负压(当T冷→0时，管内将形成真空)。<4>重复(一)－1－(4)，完成表1。注意T1较低时，就要开始测量，Δt相应减少，防止T1过大，降温时间过长。2、热管的传输功率重复(一)－2，完成表2。注意：金属管中T’1，T’2可以调节至相对稳定，而热管导热性能与蒸发端温度有关，故实验中二者相对稳定即可。(三)注意事项：1、T’1，T’2之差不能超过15℃，否则散热过快会导致误差。2、T’2＜57℃，否则管内会形成正压。3、管中水流不宜过小，否则T’2可能超过57℃，但也不宜过大，否则会造成T’1，T’2之差太小，影响测量。4、由于整个装置不可能完全绝热，故实际传热功率大于测量值。5、管中负压不能太小，可通过增加酒精加以调控。六、实验结果：(参考数据)七、选择性项目1、蒸发端处于不同温度时，热管热功率的测量。可分设蒸发端温度为50℃、90℃，酒精分处于不沸腾和沸腾状态，分测其传热功率，研究其开关特性。2、研究充液量对热管传热功率的影响充液量过少，热管工作时会产生干涸现象，充液量过多，则会产生间歇沸腾，这些都会对热管的传热产生不利影响。八、思考题：美国阿拉思加输油管线中热管如图，该地区大部分为永久性冻