基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法及裝置，通過吸液芯固定組件將吸液芯一端固定，利用移動調(diào)整組件實(shí)現(xiàn)吸液芯的移動，將吸液芯另一端浸入液體工質(zhì)中，采用紅外熱像儀通過玻璃罩孔精確監(jiān)測吸液芯內(nèi)液體彎液面流動過程，處理監(jiān)測記錄以定量獲得毛細(xì)流動距離及流動速率。本發(fā)明利用液體工質(zhì)與吸液芯金屬基體及多孔介質(zhì)發(fā)射率差異導(dǎo)致紅外熱像不同顯示的特點(diǎn)，有效克服了傳統(tǒng)毛細(xì)流動測量方法的缺陷，尤其適合無色透明液體在熱管吸液芯內(nèi)毛細(xì)流動過程的定量精確監(jiān)測，實(shí)驗(yàn)裝置簡單，測量精度高，為熱管吸液芯毛細(xì)性能的測試評價提供了可靠的手段，并實(shí)現(xiàn)了紅外熱像方法由傳統(tǒng)熱測量向毛細(xì)流動應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。
【專利說明】基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法及裝置，具體地說是涉及一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]熱管憑借其優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能，普遍運(yùn)用于航天、電子、電機(jī)、建筑、醫(yī)療、余熱回收以及太陽能與地?zé)崂玫缺姸囝I(lǐng)域。熱管內(nèi)的液體工質(zhì)在蒸發(fā)段吸熱汽化成蒸汽，到達(dá)冷凝段釋放熱量冷凝成液體，在毛細(xì)壓力作用下沿吸液芯回流至蒸發(fā)段。因此，吸液芯的毛細(xì)壓力是提供熱管工質(zhì)循環(huán)的驅(qū)動力，也是決定熱管傳熱性能及毛細(xì)極限的關(guān)鍵因素。
[0003]通常，吸液芯毛細(xì)壓力是通過測量液體工質(zhì)在吸液芯內(nèi)毛細(xì)流動距離及流動速率來判斷。目前，針對于吸液芯內(nèi)的毛細(xì)流動測量主要有視覺觀察法及吸液稱重法。視覺觀察法是采用高速攝像儀對毛細(xì)流動過程進(jìn)行拍攝，但由于液體工質(zhì)大多是無色透明的，視覺觀察存在液體工質(zhì)彎液面模糊、難以準(zhǔn)確判斷毛細(xì)流動彎液面位置的難題，尤其是在微溝槽和燒結(jié)粉末多孔結(jié)構(gòu)吸液芯中更為棘手。為突出液體工質(zhì)在吸液芯內(nèi)的彎液面顯示，有些研究者嘗試在液體工質(zhì)內(nèi)加入熒光染料等感光元素，但是熒光染料改變了液體工質(zhì)的熱物性質(zhì)(如表面張力、粘度等)，由此導(dǎo)致的測量失真無法剔除，影響了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用吸液稱重法時，與液體工質(zhì)接觸的吸液芯外側(cè)會產(chǎn)生額外彎液面，該部分液體工質(zhì)重量很難從吸液芯內(nèi)毛細(xì)上升吸液重量中剔除，會對測試結(jié)果造成很大的誤差。由上可以看出，現(xiàn)有的測試方法均難以實(shí)現(xiàn)對毛細(xì)流動的準(zhǔn)確、定量研究，限制了其在毛細(xì)流動測量方面的應(yīng)用。因此，需采用新穎的方法來對熱管吸液芯內(nèi)毛細(xì)流動進(jìn)行準(zhǔn)確、定量測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有毛細(xì)流動測量方法的缺陷，提供了一種可準(zhǔn)確識別熱管吸液芯毛細(xì)流動彎液面、定量獲得毛細(xì)流動距離以及流動速率的基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量裝置。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之一是:
[0007]—種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法，包括以下步驟:
[0008]I)將吸液芯2 —端通過吸液芯固定組件I固定；
[0009]2)通過調(diào)節(jié)控制器5控制移動調(diào)整組件4以移動吸液芯2，將吸液芯2 —端浸入到裝有液體工質(zhì)的工質(zhì)器皿3中，浸入長度為I?3mm ;
[0010]3)用紅外熱像儀8通過觀察孔7監(jiān)測記錄吸液芯2內(nèi)彎液面毛細(xì)流動過程，并將監(jiān)測記錄傳送至數(shù)據(jù)采集計算機(jī)9存儲；
[0011]4)處理監(jiān)測記錄以確定毛細(xì)流動彎液面位置，獲得毛細(xì)流動距離以及流動速率。
[0012]一實(shí)施例中:所述步驟4)中，處理監(jiān)測記錄的方法如下:[0013]41)在紅外熱像圖上沿吸液芯2放置方向畫出測量線10，于測量線10上潤濕交界面附近添加一定位點(diǎn)12 ；
[0014]42)拖動定位點(diǎn)12，使得紅外熱像圖下方豎直線13沿溫度分布曲線圖14左右移動，當(dāng)豎直線13到達(dá)溫度分布曲線圖14的拐點(diǎn)15時，定位點(diǎn)12的位置即為毛細(xì)流動彎液面位置；
[0015]43)計算得到定位點(diǎn)12高度，此即該吸液芯的毛細(xì)流動距離；
[0016]44)利用計時功能，確定液體工質(zhì)毛細(xì)流動過程中每個時間對應(yīng)的毛細(xì)流動距離，以此計算出流動速率。
[0017]一實(shí)施例中:所述吸液芯2基體為銅、鋁、不銹鋼中的一種。
[0018]一實(shí)施例中:所述吸液芯2為溝槽吸液芯、燒結(jié)粉末吸液芯、燒結(jié)纖維吸液芯、溝槽-燒結(jié)粉末復(fù)合吸液芯、溝槽-燒結(jié)纖維復(fù)合吸液芯中的一種或其組合。
[0019]一實(shí)施例中:所述燒結(jié)粉末吸液芯為燒結(jié)銅粉吸液芯或燒結(jié)鎳粉吸液芯。
[0020]一實(shí)施例中:所述液體工質(zhì)為乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇中的一種或其組合。
[0021]一實(shí)施例中:所述毛細(xì)流動過程為豎直毛細(xì)上升或水平毛細(xì)流動，所述毛細(xì)流動距離為毛細(xì)流動高度或毛細(xì)流動長度。
[0022]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之二是:
[0023]一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量裝置，包括吸液芯固定組件1、吸液芯2、工質(zhì)器皿3、移動調(diào)整組件4、調(diào)節(jié)控制器5、玻璃罩6、紅外熱像儀8、數(shù)據(jù)采集計算機(jī)9及機(jī)架；所述吸液芯固定組件1、吸液芯2、工質(zhì)器皿3、移動調(diào)整組件4及機(jī)架位于玻璃罩6內(nèi)；吸液芯2固定裝接在吸液芯固定組件I ;吸液芯固定組件I與移動調(diào)整組件4固接，移動調(diào)整組件4滑動接機(jī)架；所述調(diào)節(jié)控制器5位于玻璃罩6外，該調(diào)節(jié)控制器5可控制移動調(diào)整組件4沿豎直或水平方向運(yùn)動，從而控制吸液芯固定組件I上的吸液芯2沿豎直或水平方向運(yùn)動；所述紅外熱像儀8設(shè)在玻璃罩6外且對準(zhǔn)觀察孔7，該紅外熱像儀8信號連接數(shù)據(jù)采集計算機(jī)9，該紅外熱像儀8通過該觀察孔7監(jiān)測記錄吸液芯毛細(xì)流動過程，并傳送至數(shù)據(jù)采集計算機(jī)9存儲。
[0024]本技術(shù)方案與【背景技術(shù)】相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1.本發(fā)明所提供的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法，利用液體工質(zhì)與吸液芯金屬基體及多孔介質(zhì)發(fā)射率差異導(dǎo)致紅外熱像不同顯示的特點(diǎn)，采用紅外熱像儀準(zhǔn)確識別毛細(xì)流動彎液面，并通過處理監(jiān)測記錄對彎液面位置精確定位，實(shí)時監(jiān)測液體工質(zhì)在熱管吸液芯內(nèi)的毛細(xì)流動過程，可定量獲得毛細(xì)流動距離及其流動速率，解決了視覺觀察法中彎液面模糊不易定位的問題。
[0026]2.本發(fā)明所提供的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法適用面廣，尤其適合于對無色透明的工質(zhì)在熱管吸液芯內(nèi)的毛細(xì)流動進(jìn)行監(jiān)測，且無需添加熒光染料等添加劑，不會引起工質(zhì)熱物性質(zhì)改變，從而能獲得準(zhǔn)確的毛細(xì)流動測量結(jié)果。
[0027]3.本發(fā)明所提供的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法，可直接測得毛細(xì)流動距離及其流動速率，有效避免了吸液稱重法中吸液芯與工質(zhì)接觸的外側(cè)產(chǎn)生的額外彎液面對吸液重量產(chǎn)生的影響，誤差更低，更精確。
[0028]4.本發(fā)明所提供的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法及裝置，具有實(shí)驗(yàn)裝置簡單，檢測容易，測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，為熱管吸液芯毛細(xì)性能的測試評價提供了可靠的手段，并實(shí)現(xiàn)了紅外熱像方法由傳統(tǒng)熱測量向毛細(xì)流動領(lǐng)域的應(yīng)用拓展。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030]圖1所示為本發(fā)明的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量裝置示意圖。
[0031]圖2所示為本發(fā)明的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法中處理監(jiān)測記錄以確定毛細(xì)流動彎液面的方法示意圖。
[0032]圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例1的液體工質(zhì)毛細(xì)流動上升第Is?IOs的連續(xù)圖像。
[0033]圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例1中不同種類吸液芯毛細(xì)流動上升高度測量結(jié)果。
[0034]附圖標(biāo)記:吸液芯固定組件I ;吸液芯2 ;工質(zhì)器皿3 ;移動調(diào)整組件4 ;調(diào)節(jié)控制器5 ;玻璃罩6 ;觀察孔7 ;紅外熱像儀8 ;數(shù)據(jù)采集計算機(jī)9 ;測量線10 ;定位點(diǎn)高度11 ;定位點(diǎn)12 ;豎直線13 ;溫度分布曲線圖14 ;拐點(diǎn)15 ;毛細(xì)流動高度在數(shù)據(jù)采集計算機(jī)上顯示值16。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面通過實(shí)施例具體說明本發(fā)明的內(nèi)容:
[0036]實(shí)施例1
[0037]如圖1所示,一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量裝置,包括吸液芯固定組件I，工質(zhì)器皿3，移動調(diào)整組件4，調(diào)節(jié)控制器5，玻璃罩6，紅外熱像儀8、數(shù)據(jù)采集計算機(jī)9及機(jī)架；
[0038]所述吸液芯固定組件1、吸液芯2、工質(zhì)器皿3、移動調(diào)整組件4及機(jī)架位于玻璃罩6內(nèi)；吸液芯2固定豎直裝接在吸液芯固定組件I ;吸液芯固定組件I與移動調(diào)整組件4固接，移動調(diào)整組件4滑動接機(jī)架；所述調(diào)節(jié)控制器5位于玻璃罩6外，該調(diào)節(jié)控制器5可控制移動調(diào)整組件4沿豎直方向運(yùn)動，從而控制吸液芯固定組件I上的吸液芯2沿豎直方向運(yùn)動；所述移動調(diào)整組件4例如包括電機(jī)、絲桿螺母機(jī)構(gòu)，絲桿螺母機(jī)構(gòu)的絲桿轉(zhuǎn)動連接機(jī)架，螺母螺接絲桿且能相對機(jī)架沿絲桿軸線滑動，該電機(jī)傳動連接絲桿；所述調(diào)節(jié)控制器5例如為控制面板，控制電機(jī)等；
[0039]所述玻璃罩6可有效保證測試環(huán)境的氣流場保持穩(wěn)定，并減少工質(zhì)器皿3中液體工質(zhì)的揮發(fā)；
[0040]所述紅外熱像儀8設(shè)在玻璃罩6外且對準(zhǔn)觀察孔7，該紅外熱像儀8信號連接數(shù)據(jù)采集計算機(jī)9，該紅外熱像儀8通過該觀察孔7監(jiān)測記錄吸液芯毛細(xì)流動過程，并傳送至數(shù)據(jù)采集計算機(jī)9存儲；數(shù)據(jù)采集計算機(jī)9可記錄液體工質(zhì)彎液面上升過程，以確定毛細(xì)流動距離及流動速率。
[0041]分別制備外形尺寸均為IOOmm長、IOmm寬、1.5mm厚的5種熱管吸液芯:燒結(jié)球形銅粉吸液芯、燒結(jié)不規(guī)則形銅粉吸液芯、溝槽-燒結(jié)球形銅粉復(fù)合吸液芯、溝槽-燒結(jié)不規(guī)則形銅粉復(fù)合吸液芯、溝槽吸液芯。采用熱管常用的乙醇作為液體工質(zhì)，裝入工質(zhì)器皿中。通過以下實(shí)驗(yàn)步驟對毛細(xì)流動過程進(jìn)行紅外熱像測量:
[0042]I)采用燒結(jié)球形銅粉吸液芯，將該吸液芯2 —端通過吸液芯固定組件I豎直固定;
[0043]2)通過調(diào)節(jié)控制器5控制移動調(diào)整組件4以豎直上下移動吸液芯2，將吸液芯2一端浸入到裝有液體工質(zhì)的工質(zhì)器皿3中，浸入長度為2mm ；
[0044]3)用紅外熱像儀8通過觀察孔7監(jiān)測記錄吸液芯2內(nèi)彎液面毛細(xì)上升過程，并將監(jiān)測記錄傳送至數(shù)據(jù)采集計算機(jī)9存儲；
[0045]4)處理監(jiān)測記錄以確定毛細(xì)流動彎液面位置，獲得毛細(xì)流動高度，將其繪制成曲線，得到如圖4所示的燒結(jié)球形銅粉吸液芯毛細(xì)流動高度曲線；
[0046]5)將燒結(jié)球形銅粉吸液芯依次換成燒結(jié)不規(guī)則形銅粉吸液芯、溝槽-燒結(jié)球形銅粉復(fù)合吸液芯、溝槽-燒結(jié)不規(guī)則形銅粉復(fù)合吸液芯、溝槽吸液芯，分別重復(fù)上述步驟I)?
4)，得到如圖4所示的不同種類吸液芯毛細(xì)流動高度曲線。
[0047]上述步驟4)中，處理監(jiān)測記錄的方法如下:
[0048]41)在紅外熱像圖(圖2左上)上沿吸液芯2放置方向從吸液芯固定組件I至吸液芯2浸入端畫出測量線10，其代表位于吸液芯固定組件I以下的吸液芯2長度，其長度值在測試前已通過直尺測量獲得；于測量線10上潤濕交界面(即圖2中吸液芯2上顏色深淺交界處)附近添加一定位點(diǎn)12;
[0049]42)拖動定位點(diǎn)12，使得紅外熱像圖下方豎直線13沿溫度分布曲線圖14左右移動，當(dāng)豎直線13到達(dá)溫度分布曲線圖14的拐點(diǎn)15時，定位點(diǎn)12的位置即為毛細(xì)流動彎液面位置；
[0050]43)通過線性插值公式計算得到定位點(diǎn)高度11，此即吸液芯2的毛細(xì)流動高度，在數(shù)據(jù)采集計算機(jī)9上顯示值為16 ；
[0051]44)利用計時功能，確定液體工質(zhì)上升過程中每個時間對應(yīng)的毛細(xì)流動高度，以此計算出流動速率。紅外熱像儀8監(jiān)測到的液體工質(zhì)毛細(xì)流動上升第Is?IOs的連續(xù)圖像如圖3所示。
[0052]根據(jù)需要，還可以將若干吸液芯同時用吸液芯固定組件I固定，保證各吸液芯相互平行且各最低端位于同一高度；控制移動調(diào)整組件4以將該若干吸液芯同時浸入工質(zhì)器皿3中，重復(fù)步驟3)?4)，可同時測得若干吸液芯的毛細(xì)流動高度及流動速率。
[0053]實(shí)施例2
[0054]本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同之處在于，將吸液芯2由豎直放置改為水平放置，可測得吸液芯之毛細(xì)流動長度及流動速率。
[0055]以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)將吸液芯(2)—端通過吸液芯固定組件(I)固定； 2)通過調(diào)節(jié)控制器(5)控制移動調(diào)整組件(4)以移動吸液芯(2)，將吸液芯(2)—端浸入到裝有液體工質(zhì)的工質(zhì)器皿(3)中，浸入長度為I~3mm ; 3)用紅外熱像儀⑶通過觀察孔(7)監(jiān)測記錄吸液芯(2)內(nèi)彎液面毛細(xì)流動過程，并將監(jiān)測記錄傳送至數(shù)據(jù)采集計算機(jī)(9)存儲； 4)處理監(jiān)測記錄以確定毛細(xì)流動彎液面位置，獲得毛細(xì)流動距離以及流動速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法，其特征在于:所述步驟4)中，處理監(jiān)測記錄的方法如下: 41)在紅外熱像圖上沿吸液芯(2)放置方向畫出測量線(10)，于測量線(10)上潤濕交界面附近添加一定位點(diǎn)(12)； 42)拖動定位點(diǎn)(12)，使得紅外熱像圖下方豎直線(13)沿溫度分布曲線圖(14)左右移動，當(dāng)豎直線(13)到達(dá)溫度分布曲線圖(14)的拐點(diǎn)(15)時，定位點(diǎn)(12)的位置即為毛細(xì)流動彎液面位置； 43)計算得到定位 點(diǎn)(12)高度，此即該吸液芯的毛細(xì)流動距離； 44)利用計時功能，確定液體工質(zhì)毛細(xì)流動過程中每個時間對應(yīng)的毛細(xì)流動距離，以此計算出流動速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法，其特征在于:所述吸液芯(2)基體為銅、鋁、不銹鋼中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法，其特征在于:所述吸液芯(2)為溝槽吸液芯、燒結(jié)粉末吸液芯、燒結(jié)纖維吸液芯、溝槽-燒結(jié)粉末復(fù)合吸液芯、溝槽-燒結(jié)纖維復(fù)合吸液芯中的一種或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法，其特征在于:所述燒結(jié)粉末吸液芯為燒結(jié)銅粉吸液芯或燒結(jié)鎳粉吸液芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法，其特征在于:所述液體工質(zhì)為乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇中的一種或其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量方法，其特征在于:所述毛細(xì)流動過程為豎直毛細(xì)上升或水平毛細(xì)流動，所述毛細(xì)流動距離為毛細(xì)流動高度或毛細(xì)流動長度。
8.一種基于紅外熱像觀察的熱管吸液芯毛細(xì)流動測量裝置，其特征在于:包括:吸液芯固定組件(I)、吸液芯(2)、工質(zhì)器皿(3)、移動調(diào)整組件(4)、調(diào)節(jié)控制器(5)、玻璃罩(6)、紅外熱像儀(8)、數(shù)據(jù)采集計算機(jī)(9)及機(jī)架；所述吸液芯固定組件(I)、吸液芯(2)、工質(zhì)器皿(3)、移動調(diào)整組件(4)及機(jī)架位于玻璃罩(6)內(nèi)；吸液芯(2)固定裝接在吸液芯固定組件(I);吸液芯固定組件(I)與移動調(diào)整組件(4)固接、移動調(diào)整組件(4)滑動接機(jī)架；所述調(diào)節(jié)控制器(5)位于玻璃罩(6)外，該調(diào)節(jié)控制器(5)可控制移動調(diào)整組件(4)沿豎直或水平方向運(yùn)動，從而控制吸液芯固定組件(I)上的吸液芯(2)沿豎直或水平方向運(yùn)動；所述紅外熱像儀(8)設(shè)在玻璃罩(6)外且對準(zhǔn)觀察孔(7)，該紅外熱像儀(8)信號連接數(shù)據(jù)采集計算機(jī)(9)，該紅外熱像儀(8)通過該觀察孔(7)監(jiān)測記錄吸液芯毛細(xì)流動過程，并傳送至數(shù)據(jù)采集 計算機(jī)(9)存儲。
【文檔編號】G01P3/36GK103994803SQ201410227468
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】鄧大祥, 劉曉萌, 萬偉, 周偉, 秦利鋒, 馬盛林, 曾濤 申請人:廈門大學(xué)