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                    可視性熱管教具說明書

                    一、實驗目的
                    ⒈了解換熱器中熱管的結構及工作原理;
                    ⒉學習玻璃熱管換熱器實驗臺的使用方法;
                    二、實驗臺工作原理
                    熱管是一種新型、高效的傳熱元件。在管殼內壁不放置毛細吸液芯,依靠重力回流凝結液的熱管稱為重力熱管(或兩相熱虹吸管)。重力熱管的工作介質積蓄在熱管的底部,蒸發段處于熱管下半部,凝結段在熱管的上半部,絕熱段在中間,當熱源向蒸發段(又稱吸熱段)供熱時,工質液體自熱源吸熱汽化,蒸汽在壓差的作用下高速流向凝結段(又稱放熱段),在凝結段向冷源放出汽化潛熱而凝結成液體,凝結液體從凝結段返回蒸發段,完成一個循環。如此循環不停,熱源的熱量Q就不斷地由熱管的一端傳至另一端,放給冷源。當熱管正常工作時,其內部進行著工質液體的蒸發、蒸汽的流動、蒸汽的凝結和凝結液的回流等四個工作過程,這四個過程構成了熱管工作的閉合循環。
                    在熱管的工作循環中,包含了兩個相變過程:工作液體的蒸發和蒸汽的凝結。這兩個過程分別在蒸發段與凝結段進行,如忽略蒸汽流動所需的微小壓差,則熱管內部應處于一個相平衡狀態,而工質的相變過程具有極嚴格的飽和壓力與飽和溫度間的依變關系,所以理論上熱管兩端的溫度是相等的。但由于蒸汽的流動必須有壓力差的推動,盡管微小的壓差也將推動蒸汽由蒸發段向凝結段流動,也不可避免的使蒸發段與凝結段間存在一定溫差。在大多數熱管中,這個與工作介質循環有關的溫差和其他傳熱方式相應的溫差相比是很小的,即它能在低溫差下傳遞熱量。
                    由上述可知,熱管是借助于工質的相變過程,通過工質攜帶相變潛熱來傳遞熱量的。與 通過物質顯熱的增減來傳熱相比,熱管傳熱能力就非常大,如1kg水在常壓下的汽化潛熱量2257.1kJ/kg,幾乎相當于5.4kg水從0℃加熱到100℃水所需的總熱量。所以說,熱管能在小溫差下具有很大的傳熱能力。
                    在蒸發段熱管從熱源吸取熱量,在這一區段中工質由于吸熱而蒸發,所以從熱管內部工作過程來分析為蒸發段;從與外界熱交換情況來分析為加熱段;在絕熱段 工質蒸汽攜帶汽化潛熱流過這一段,從內部工作過程來分析也叫做傳輸段;在凝結段熱管向冷源放出熱量,在這一區段中工質蒸汽向冷源放出相變潛熱而凝結成為液體,所以從熱管內部工作過程來分析為凝結段,也稱冷凝段;從與外界熱交換情況來分析又稱為放熱段。在三個工作段中,蒸發段與凝結段是必不可少的,而絕熱段視設計需要可有可無,在實際應用的熱管結構中,沒有絕熱段的情況是常常會遇到的。
                    與具有毛細吸液芯的標準熱管相比較,重力熱管不是靠毛細吸液芯而是靠重力回流凝結液,這就決定了重力熱管的工作條件必須使凝結段高于蒸發段,可以垂直放置,也可與水平成一傾角放置,與多孔物質的毛細抽吸力相比,用重力回流凝結液工作更加可靠。
                    常見的重力熱管有開式重力熱管的型式,這種熱管外殼不封閉,與外界相通。這種熱管由于工質蒸發后向上流動可以把管內的不凝性氣體排出熱管,其凝結過程不受不凝性氣體的影響,所以制造中管殼不需要特殊處理,從而降低了熱管的制造成本。但是由于部分蒸汽從開口處外逸出,改變了換熱方式,所以其換熱能力會略小于同樣的條件下的閉式重力熱管。本實驗裝置就是模擬溫度在100℃、工質為水的開式重力式中溫熱管。由于水是最理想的工質,它性能優良,價格便宜,易于得到,所以這種熱管大部分用于工業余熱的回收。
                    三、實驗臺結構
                      玻璃熱管換熱器實驗臺由玻璃熱管換熱器、電加熱器、電控箱、流動的冷水換熱外套、循環水泵、水箱、加熱段、冷凝段、冷凝進出口溫度測溫熱電偶及調溫裝置等組成;由于玻璃容器所具有的透明性,能觀察到熱水沸騰和冷水的流動,可使學生充分了解熱管換熱的原理。
                         工作時由電加熱器加熱蒸發段中的工質使之沸騰,產生的蒸汽上升至冷凝段由流動的冷水吸熱后冷凝,成為液體工質返回到蒸發段。通過對冷水進出口溫度的及蒸發段蒸汽溫度值的測讀,可以觀察熱管換熱器的換熱量。
                        四、實驗步驟
                        ⒈將熱偶、電加熱器、水泵與電控箱聯接。
                        ⒉啟動水泵,使循環水通過流量計(流量控制在6L/h左右)進入熱管冷凝段水套。
                        ⒊接通電熱開關,并將調溫旋鈕調整加熱電壓在75V,加熱電流0.98A左右。
                        ⒋加熱至蒸發段沸騰,待工況基本穩定后,切換測溫點,測讀冷凝段冷凝介質進出溫度、加熱電壓和加熱電流,將數據填入下表中。
                        ⒌實驗中可改變冷卻水進出口流量與加熱電壓,以改變工況進行測試。
                    ⒍實驗結束后,旋調溫旋鈕至電壓為零,使水泵繼續運轉5分鐘,再切斷電源。
                    六、操作注意事項
                    1.不可在蒸發段缺水的情況下加熱。
                    2.加熱前應先啟動水泵使冷水循環。
                    3.加熱時應逐步緩慢加熱,使加熱量與冷凝水的所吸收的熱量基本平衡,這樣在蒸發段不會產生過多的蒸汽,因此蒸發段上部的膠塞不得按壓過緊,以免因加熱量太大影響蒸汽的外逸,以致損壞試件。
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