1、1编号：热 3020热虹吸管沸腾排气真空度的实验研究陈远国重庆大学热力工程系工程热物理研究室中国工程热物理学会第一届热管会议传 热 传 质 学 会一力八三年八月2热虹吸管沸腾排气真空度的实验研究重庆大学工程热物理研究室陈远国摘要对热虹吸管背景腾排气过程进行了可视性实验。进行了四种样管沸腾排气真空度的测定，获及了一些有实用价值的结果。代号表：di 管子内径，米； d0 排气口直径，米；L 汽化潜热，大卡/公斤；P m 当地大气压力；Ps蒸汽饱和压力； pv蒸汽分压力； L 热虹吸管长度，米；V 残气容积，厘米 3； Va残气中的干空气容积，厘米3；Q 电炉加热理，瓦； Q热损失量，瓦；P a 残
2、存空气占有整个热空间时的压力，毫米汞柱（乇） ； Wvi 管顶部的蒸汽流速，米/ 秒；W0排气口喷汽速度，米/秒； Vi管子内腔容积，厘米 3；Q顶盖锥角，度；时间，秒；v、a蒸汽及空气密度，公斤/米 3；rv、ra蒸汽及空气粘度；W含湿量，公斤（汽）/公斤（干空气） ；相对湿度；一、引言3用沸腾排气法（Boil off Technique） 建立热管真空简单易行，对降低热管生产成本提高经济效益颇有成效。国内外均有采用1-6。文献1 、8曾论述了初始真空为对热管工的影响程度，并主张有条件地采用这种方法。但是，对沸腾排气液所能达到的真空度的定量研究至今未见过报导，致使一些热管生产者及使用者对此方
3、法存有戒心，不敢冒然采用。二、沸腾排气现象观察用 402 及 252 的玻璃热虹吸管观察了沸腾排气现象。将玻璃管封闭端加热后内壁打毛，以利沸腾液化，防止突发沸腾。绕上电阻丝通二频电加热，用调压器控制加热量。管内充蒸馏水淹没加热段，上端用橡皮塞封头并开有排气口（见图一） 。经观察，其结果如下：1. 从液体沸腾到排气口喷出蒸汽这 段时间，管内空气部分可分为三个区域，上 部为纯空气；下部为纯蒸汽；中间有一段 汽-气混合区，由于蒸汽遇冷空气成雾，肉 眼可以直接看到，在这一区域中，蒸汽上 升与空气下降两种趋势激烈对抗，雾汽上 下滚，引起这种现象的原因有二，其一为4空气与蒸汽密度差；其二为下部液池表面的汽
4、一水共腾及汽包罩生长与破裂导致蒸汽压力波动。还看到，管子直径越大，混合区拉级越长。2加大热流，当蒸发量大于凝结量时，排气口喷出蒸汽，管 内雾化现象消失。加热量未达足够 大时，蒸汽喷射是不续的，以一定 频率时有时无。进一步加大热流量， 蒸汽连续喷出，但以更高的频率时 大时小。引起这种波动的根源仍然 是下部汽一水共腾及泡罩长大与破 裂，它两种作用犹水一个上下动动 的的活塞，导致管内汽压波动（如图 2） 。当蒸汽压力 Pr 在环境压力 Pm 上下波动时（图 2.a）喷汽时有时无，在波谷区，空气向管内倒流。这种情况下不可能建立较高的真空度。图 2（b 表示）Pv 的波谷始终在 Pm 之上，喷汽是连续的
5、，只是时小时大。只有在这种条件下，才能有效地排除管内残气。由以上观察及定性的分析推断，笔者认为可以概括出下列关联式： 这是一个极重要的物理)1(.0 QLldf avia现象，其分析解决是相当因难的。5三、残余空气的测量：本文用四种样件，以水为工质进行了残气量实测，以期获得一些定量结果。样件尺寸如表列：表中单位为毫米编号 管内直径 外径 排气口直径 长度 顶盖形状 53 63 8 620 R=5 36 40 4/6 440 Q=180 28 32 4/6 700 Q=90 17 19 3 580 Q=90装置同观察试验，准确测取加热量，管外壁温度，气压，室温，冷水槽水温。实验过程：通电加热，经
6、过预热期，至排气口开始连续冒出蒸汽时为=0，喷汽至本次实验指定时间，迅速堵死排气口，同时切断电源，并立即将整个管子浸入水槽深处，打开排气口。搅动水槽中的水，使管内外温度一致（需几个小时）后，取出试验管。测量管内气体容积。图 3 是从样件（玻璃管）上拍下的，管顶部的班点即残存在管内的空气。残容积测量用三种方法：当残气较多时，用充液置换气体；残气量极少时，量取气泡直径（悬浮在排气口的气泡） ，计算出容积；玻璃管中残气量，用注气气泡与残气泡比较确定。充水6或注气用分辨度为 0.01 厘米 3的微型针管。数据处理：测得的残气容积中包含着水蒸汽，视为湿饱和空气，按9经推导后可得： 式中含湿量 W 按下式
7、计算vawv（3）vmsp62.0w为便于比较，所有样件都将 Va 换算为当时湿度下占有热管内腔 时的压力。 （4）iamav按10计算样件散热损失，管内顶部汽流速度按下式计算（5）vivi dLQW236048.实验结果：示于图 47 中，图中纵座标为残气压力（真空度） ，横座标为喷汽时间，管内汽速为参变数。从图中可以看出： 81.径 di对 Pa有明显的影响，I 号管（图 4）与 II 号管条件大致相同，只 diIdiII, II 号管 =60 秒时 Pa 达 1.310-2 乇，而 I 号以同样汽速 =180 秒时，P a 仅达 910-1 乇。反复试验我次重现的这一结果，使笔者得到一个
8、结论是管径增大到一定程度后，沸腾排气法获得的真9空度不会很高。估计这和现象观察中得到的大直径管中汽一气混合区拉长有关。大流通断面不利于蒸汽对空气的驱扫。2W vi 对 Pa 有重大影响。图 6 和 7 都表明，速度增加一倍，弄虚作假空度可提高一个数量级。3排气口直径及管长对 Pa 影响甚微，这两个参数对管内汽一气流动不可能有大的改变。4由图 5 及 6(b)看出，顶盖形状对 Pa 没有多大影响。从单一介质流动观点看，这个结果有点意外。但两种介质的流动中由于 a v ,在顶部“死角区”中的空气将下沉与蒸汽混合排除，蒸汽上升占领“死角” 。故平顶盖也能获得较高的真空度。三结论与建义1沸腾排气法可使
9、水热虹吸管建立起 10-210-3乇的初始真空度，达到用机械真空泵同等的效果，一般中常温使用的热虹吸管均可采用。2管内蒸汽流速越大，获得的真空度越高。103对于直径较大的管子，必须用更高的汽流速度及更长的喷汽时间，方能获得较高的真空度。4连续排汽时间 60 秒为宜。附记：本室谢欢德，黄正旭两同志对实验工作给与了协助，表示谢意！参考文献1K.T Feldman and s.Manje , Experiments with Gravity Assisted Heat Pipes With and without Circumferential Grooves. 3Int.Heat pipe con
10、f.2K.T.Feldman ,Jr. and D.D.Kenney, The compatibility of Mild carbon Steele and water in a Heat Pipe Application , 4th Int. Heat pipe conf. 3E.D.Water 等，热管在阿拉斯加输油管线中的应用，辛明道译，热管设计研究与工程应用 ，科技文献出版社重庆分社，1981.5。4热管与热管换热器 ，抚顺市科技情报所编5辛明道、陈远国、雷享须、张洪济，风冷高压、大电流硅元件热管散热器设计与性能试验，重庆大学学报，1978。N016兰州石油机械研究所，热管元件鉴定报告，1982。9。7陈远国，热管研制与应用中的若干问题，四机部雷达专业热管技求交流会文集 1980。10。18陈远国，热管余热回收装置的应用与发展， 新能源1982 NO， 科技出版社重庆分社9曾丹苓等编， 工程热力学人民教育出版社10杨世铭等编， 传热学 ，人民教育出版社
