可视性热管教具说明书

一、可视性热管教具实验设备-实验目的
1.了解换热器中热管的结构及工作原理；
2.学习玻璃热管换热器实验台的使用方法；
二、工作原理
热管是一种新型、高效的传热元件。在管壳内壁不放置毛细吸液芯，依靠重力回流凝结液的热管称为重力热管（或两相热虹吸管）。重力热管的工作介质积蓄在热管的底部，蒸发段处于热管下半部，凝结段在热管的上半部，绝热段在中间，当热源向蒸发段（又称吸热段）供热时，工质液体自热源吸热汽化，蒸汽在压差的作用下高速流向凝结段（又称放热段），在凝结段向冷源放出汽化潜热而凝结成液体，凝结液体从凝结段返回蒸发段，完成一个循环。如此循环不停，热源的热量Q就不断地由热管的一端传至另一端，放给冷源。当热管正常工作时，其内部进行着工质液体的蒸发、蒸汽的流动、蒸汽的凝结和凝结液的回流等四个工作过程，这四个过程构成了热管工作的闭合循环。
在热管的工作循环中，包含了两个相变过程：工作液体的蒸发和蒸汽的凝结。这两个过程分别在蒸发段与凝结段进行，如忽略蒸汽流动所需的微小压差，则热管内部应处于一个相平衡状态，而工质的相变过程具有极严格的饱和压力与饱和温度间的依变关系，所以理论上热管两端的温度是相等的。但由于蒸汽的流动必须有压力差的推动，尽管微小的压差也将推动蒸汽由蒸发段向凝结段流动，也不可避免的使蒸发段与凝结段间存在一定温差。在大多数热管中，这个与工作介质循环有关的温差和其他传热方式相应的温差相比是很小的，即它能在低温差下传递热量。
由上述可知，热管是借助于工质的相变过程，通过工质携带相变潜热来传递热量的。与通过物质显热的增减来传热相比，热管传热能力就非常大，如1kg水在常压下的汽化潜热量2257.1kJ/kg，几乎相当于5.4kg水从0℃加热到100℃水所需的总热量。所以说，热管能在小温差下具有很大的传热能力。
在蒸发段热管从热源吸取热量，在这一区段中工质由于吸热而蒸发，所以从热管内部工作过程来分析为蒸发段；从与外界热交换情况来分析为加热段；在绝热段工质蒸汽携带汽化潜热流过这一段，从内部工作过程来分析也叫做传输段；在凝结段热管向冷源放出热量，在这一区段中工质蒸汽向冷源放出相变潜热而凝结成为液体，所以从热管内部工作过程来分析为凝结段，也称冷凝段；从与外界热交换情况来分析又称为放热段。在三个工作段中，蒸发段与凝结段是必不可少的，而绝热段视设计需要可有可无，在实际应用的热管结构中，没有绝热段的情况是常常会遇到的。
与具有毛细吸液芯的标准热管相比较，重力热管不是靠毛细吸液芯而是靠重力回流凝结液，这就决定了重力热管的工作条件必须使凝结段高于蒸发段，可以垂直放置，也可与水平成一倾角放置，与多孔物质的毛细抽吸力相比，用重力回流凝结液工作更加可靠。
常见的重力热管有开式重力热管的型式，这种热管外壳不封闭，与外界相通。这种热管由于工质蒸发后向上流动可以把管内的不凝性气体排出热管，其凝结过程不受不凝性气体的影响，所以制造中管壳不需要特殊处理，从而降低了热管的制造成本。但是由于部分蒸汽从开口处外逸出，改变了换热方式，所以其换热能力会略小于同样的条件下的闭式重力热管。本实验装置就是模拟温度在100℃、工质为水的开式重力式中温热管。由于水是最理想的工质，它性能优良，价格便宜，易于得到，所以这种热管大部分用于工业余热的回收。
三、实验台结构
玻璃热管换热器实验台由玻璃热管换热器、电加热器、电控箱、流动的冷水换热外套、循环水泵、水箱、加热段、冷凝段、冷凝进出口温度测温热电偶及调温装置等组成；由于玻璃容器所具有的透明性，能观察到热水沸腾和冷水的流动，可使学生充分了解热管换热的原理。
工作时由电加热器加热蒸发段中的工质使之沸腾，产生的蒸汽上升至冷凝段由流动的冷水吸热后冷凝，成为液体工质返回到蒸发段。通过对冷水进出口温度的及蒸发段蒸汽温度值的测读，可以观察热管换热器的换热量。
四、实验步骤
1.将热偶、电加热器、水泵与电控箱联接。
2.启动水泵，使循环水通过流量计(流量控制在6L/h左右)进入热管冷凝段水套。
3.接通电热开关，并将调温旋钮调整加热电压在75V，加热电流0.98A左右。
4.加热至蒸发段沸腾，待工况基本稳定后，切换测温点，测读冷凝段冷凝介质进出温度、加热电压和加热电流,将数据填入下表中。
5.实验中可改变冷却水进出口流量与加热电压，以改变工况进行测试。
6.实验结束后，旋调温旋钮至电压为零，使水泵继续运转5分钟，再切断电源。
五、操作注意事项
1.不可在蒸发段缺水的情况下加热。
2.加热前应先启动水泵使冷水循环。
3.加热时应逐步缓慢加热，使加热量与冷凝水的所吸收的热量基本平衡，这样在蒸发段不会产生过多的蒸汽，因此蒸发段上部的胶塞不得按压过紧，以免因加热量太大影响蒸汽的外逸，以致损坏试件。

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