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專利名稱：用于凍土低溫環(huán)境下的納米流體熱管均熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于凍土低溫環(huán)境下的納米流體熱管均熱裝置。
背景技術(shù)：
納米流體作為一種新型的強(qiáng)化傳熱工質(zhì)，主要應(yīng)用于兩相流動(dòng)與傳熱方面，特別是氣液兩相流動(dòng)將是大幅度提聞?chuàng)Q熱效果的有效途徑。納米流體的研究應(yīng)用為許多聞科技領(lǐng)域方面一些難題的解決提供了新的方法和思路，如(1)利用納米流體可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在更優(yōu)化的溫度下工作，使冷卻系統(tǒng)做的更小、更輕，從而節(jié)省燃料耗量。(2)用于機(jī)械加工的工具刀冷卻，可提高工件的加工速度精度，并延長(zhǎng)刀具的使用壽命。(3)用于電力電子工業(yè)，散熱問(wèn)題是很多器件如計(jì)算機(jī)、微電子、微電機(jī)、大型電機(jī)、變壓器、集成電路、通訊系統(tǒng)等的運(yùn)行效率、速度、壽命的重要制約因素，高效納米流體冷卻技術(shù)則可發(fā)揮重要作用。(4)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的冷媒和太陽(yáng)能回收中的熱媒，可以大大提高其換熱性能，減小體積，提高效率。(5)用于制造各種更高效的換熱器、散熱器和熱管換熱器件等。伴隨著西部開發(fā)的腳步，目前在多年凍土地區(qū)路基和地基的設(shè)計(jì)和防護(hù)中，主要有兩類措施，一類是所謂被動(dòng)措施，即減少傳入地基多年凍土的熱量，但是在全球氣溫升高的大環(huán)境下，這類措施呈出一些致命缺點(diǎn)；一類是積極性的保護(hù)凍土措施，即冷卻凍土的措施，目前在青藏鐵路建設(shè)中大量采用，這類措施的特點(diǎn)在于采取主動(dòng)調(diào)控地溫。其中最有生命力的結(jié)構(gòu)形式之一是熱棒路基，它的特點(diǎn)在于充分利用自然能源，根據(jù)熱管導(dǎo)熱原理，在溫差作用下驅(qū)動(dòng)內(nèi)部制冷工質(zhì)的汽液兩相對(duì)流循環(huán)，通過(guò)蒸發(fā)段蒸發(fā)吸熱作用，降低周圍凍土溫度，增加凍土本身的冷儲(chǔ)，提高熱穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決凍土地區(qū)路基防凍問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種低溫自啟動(dòng)、均熱性能好的用于凍土低溫環(huán)境下的納米流體熱管均熱裝置。本發(fā)明解決上述的技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是包括均熱熱管、濕度分析儀、計(jì)算機(jī)、濕度調(diào)節(jié)器、熱電偶多路巡檢儀，均熱熱管內(nèi)裝有納米流體，均熱熱管的蒸發(fā)段插入模擬凍土底層，冷凝段露出凍土表層，濕度分析儀的探測(cè)端布置于凍土層各典型區(qū)域，濕度分析儀的終端與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)與濕度調(diào)節(jié)器連接，在模擬凍土層典型區(qū)域和均熱熱管的管壁附近布置有呈梯度分布的熱電偶，熱電偶與熱電偶多路巡檢儀連接，熱電偶多路巡檢儀與計(jì)算機(jī)連接。進(jìn)一步，所述的納米流體采用Fe3O4,所述的模擬凍土層采用圓筒形布置，并對(duì)試樣周邊采用鋁箔包裹。進(jìn)一步，所述的模擬凍土層采用長(zhǎng)沙地區(qū)常見的紅色粘土，實(shí)驗(yàn)前放入恒溫箱制冷至-15°C，保持內(nèi)部模擬環(huán)境溫度為設(shè)定溫度的恒定值。進(jìn)一步，所述的濕度分析儀采用JY2-PTS -1型土壤濕度傳感器來(lái)測(cè)定凍土中的含水量，所述的濕度分析儀的探測(cè)端為濕敏電阻。
本發(fā)明的技術(shù)效果是
(I)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用方便，是一種較好的用于凍土低溫環(huán)境下的納米流體熱管均熱裝置。(2)所提出的納米流體均熱熱管具備更好的導(dǎo)熱性，更小的傳熱溫差，更大的傳熱能力，更廣的適用溫度范圍，更長(zhǎng)的使用壽命和更高的工作效率，為開發(fā)具有良好均熱性能的新型聞效熱管提供了新思路。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明包括均熱熱管1、濕度分析儀4、計(jì)算機(jī)5、濕度調(diào)節(jié)器6、熱電偶多路巡檢儀8，均熱熱管I內(nèi)裝有納米流體，均熱熱管I的蒸發(fā)段2插入模擬凍土底層，冷凝段3露出凍土表層，濕度分析儀4的探測(cè)端9布置于凍土層各典型區(qū)域，濕度分析儀4的終端與計(jì)算機(jī)5連接，計(jì)算機(jī)5與濕度調(diào)節(jié)器6連接，在模擬凍土層典型區(qū)域和均熱熱管I的管壁附近布置有呈梯度分布的熱電偶7，熱電偶7與熱電偶多路巡檢儀8連接，熱電偶多路巡檢儀8與計(jì)算機(jī)5連接。所述的納米流體采用Fe3O4，所述的模擬凍土層采用圓筒形布置，并對(duì)試樣周邊采用鋁箔包裹。所述的模擬凍土層采用長(zhǎng)沙地區(qū)常見的紅色粘土，實(shí)驗(yàn)前放入恒溫箱制冷至-15°C，保持內(nèi)部模擬環(huán)境溫度為設(shè)定溫度的恒定值。所述的濕度分析儀4采用JY2-PTS -1型土壤濕度傳感器來(lái)測(cè)定凍土中的含水量，所述的濕度分析儀4的探測(cè)端9為濕敏電阻，濕度調(diào)節(jié)器6通過(guò)濕敏電阻的空間立體分布測(cè)量?jī)鐾林械乃趾孔兓鄳?yīng)調(diào)節(jié)凍土中的水份含量，從而模擬出真實(shí)的凍土環(huán)境。所述的熱電偶7對(duì)凍土層溫度空間分布測(cè)量，所述的熱電偶多路巡檢儀8對(duì)信號(hào)進(jìn)行收集，結(jié)果掃描輸入到計(jì)算機(jī)中，用Labview軟件進(jìn)行記錄繪圖。選擇不銹鋼ICrlSNiOTi材質(zhì)作新型均熱熱管材料，該材料可以承受內(nèi)部低沸點(diǎn)工質(zhì)的壓力和外部腐蝕，能夠很好的滿足實(shí)驗(yàn)要求，同時(shí)選取了 Fe3O4 (四氧化三鐵)和液氨作為填充的換熱工質(zhì)。將配置好的納米流體充進(jìn)熱管中，然后將熱管抽成真空，并密封。鋼管長(zhǎng)3000mm,外徑60mm,壁厚2mm,蒸發(fā)段長(zhǎng)1800mm,冷凝段長(zhǎng)1200mm。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將以納米流體為工質(zhì)的熱管同現(xiàn)有熱管、熱棒分別插入模擬凍土中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，各熱管的蒸發(fā)段插入模擬凍土底層，冷凝段露出凍土表層。測(cè)量?jī)鐾翆訙囟葓?chǎng)的變化，從而獲得熱管在均熱過(guò)程中的速率等相關(guān)參數(shù)，繪制出相應(yīng)的曲線圖，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)對(duì)新型熱管和現(xiàn)有熱管、熱棒進(jìn)行比較。溫度場(chǎng)的變化情況主要通過(guò)熱電偶的空間分布測(cè)量，使用熱電偶多路巡檢儀進(jìn)行信號(hào)收集，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理，繪制成相應(yīng)的曲線圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)凍土層使用了納米流體均熱熱管之后，各不同環(huán)境溫度狀態(tài)下的凍土層整體溫度實(shí)現(xiàn)了均衡，基本呈現(xiàn)了一元穩(wěn)態(tài)的梯度分布；納米流體均熱熱管的均熱性能隨著凍土層內(nèi)外溫差的加大實(shí)現(xiàn)了自主式調(diào)和，限制了凍土層上下部分土體之間的溫差幅度，更好的實(shí)現(xiàn)了均熱效果。
權(quán)利要求
1.一種用于凍土低溫環(huán)境下的納米流體熱管均熱裝置，其特征在于:包括均熱熱管(I)、濕度分析儀(4)、計(jì)算機(jī)(5)、濕度調(diào)節(jié)器(6)、熱電偶多路巡檢儀(8)，均熱熱管⑴內(nèi)裝有納米流體，均熱熱管(I)的蒸發(fā)段(2)插入模擬凍土底層，冷凝段(3)露出凍土表層，濕度分析儀(4)的探測(cè)端(9)布置于凍土層各典型區(qū)域，濕度分析儀(4)的終端與計(jì)算機(jī)(5)連接，計(jì)算機(jī)(5)與濕度調(diào)節(jié)器(6)連接，在模擬凍土層典型區(qū)域和均熱熱管(I)的管壁附近布置有呈梯度分布的熱電偶(7)，熱電偶(7)與熱電偶多路巡檢儀(8)連接，熱電偶多路巡檢儀(8)與計(jì)算機(jī)(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于凍土低溫環(huán)境下的納米流體熱管均熱裝置，其特征在于:所述的納米流體采用Fe3O4，所述的模擬凍土層采用圓筒形布置，并對(duì)試樣周邊采用鋁箔包裹。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于凍土低溫環(huán)境下的納米流體熱管均熱裝置，其特征在于:所述的模擬凍土層采用長(zhǎng)沙地區(qū)常見的紅色粘土，實(shí)驗(yàn)前放入恒溫箱制冷至_15°C，保持內(nèi)部模擬環(huán)境溫度為設(shè)定溫度的恒定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于凍土低溫環(huán)境下的納米流體熱管均熱裝置，其特征在于:所述的濕度分析儀(4)采用JY2-PTS -1型土壤濕度傳感器來(lái)測(cè)定凍土中的含水量，所述的濕度分析儀(4)的探測(cè) 端(9)為濕敏電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于凍土低溫環(huán)境下的納米流體熱管均熱裝置。它包括均熱熱管1、濕度分析儀4、計(jì)算機(jī)5、濕度調(diào)節(jié)器6、熱電偶多路巡檢儀8，均熱熱管1內(nèi)裝有納米流體，均熱熱管1的蒸發(fā)段2插入模擬凍土底層，冷凝段3露出凍土表層，濕度分析儀4的探測(cè)端9布置于凍土層各典型區(qū)域，濕度分析儀4的終端與計(jì)算機(jī)5連接，計(jì)算機(jī)5與濕度調(diào)節(jié)器6連接，在模擬凍土層典型區(qū)域和均熱熱管1的管壁附近布置有呈梯度分布的熱電偶7，熱電偶7與熱電偶多路巡檢儀8連接，熱電偶多路巡檢儀8與計(jì)算機(jī)5連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用方便，可以測(cè)量用于凍土低溫環(huán)境下納米流體熱管的均熱性能。
文檔編號(hào)G01M99/00GK103076199SQ201310031779
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者張?jiān)品? 韓凱, 許本亮, 游鈞, 安建軍 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)