专利名称：用于冻土低温环境下的纳米流体热管均热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于冻土低温环境下的纳米流体热管均热装置。
背景技术：
纳米流体作为一种新型的强化传热工质，主要应用于两相流动与传热方面，特别是气液两相流动将是大幅度提闻换热效果的有效途径。纳米流体的研究应用为许多闻科技领域方面一些难题的解决提供了新的方法和思路，如(1)利用纳米流体可以使发动机在更优化的温度下工作，使冷却系统做的更小、更轻，从而节省燃料耗量。(2)用于机械加工的工具刀冷却，可提高工件的加工速度精度，并延长刀具的使用寿命。(3)用于电力电子工业，散热问题是很多器件如计算机、微电子、微电机、大型电机、变压器、集成电路、通讯系统等的运行效率、速度、寿命的重要制约因素，高效纳米流体冷却技术则可发挥重要作用。(4)用于暖通空调系统的冷媒和太阳能回收中的热媒，可以大大提高其换热性能，减小体积，提高效率。(5)用于制造各种更高效的换热器、散热器和热管换热器件等。伴随着西部开发的脚步，目前在多年冻土地区路基和地基的设计和防护中，主要有两类措施，一类是所谓被动措施，即减少传入地基多年冻土的热量，但是在全球气温升高的大环境下，这类措施呈出一些致命缺点；一类是积极性的保护冻土措施，即冷却冻土的措施，目前在青藏铁路建设中大量采用，这类措施的特点在于采取主动调控地温。其中最有生命力的结构形式之一是热棒路基，它的特点在于充分利用自然能源，根据热管导热原理，在温差作用下驱动内部制冷工质的汽液两相对流循环，通过蒸发段蒸发吸热作用，降低周围冻土温度，增加冻土本身的冷储，提高热稳定性。
发明内容
为了解决冻土地区路基防冻问题，本发明提出了一种低温自启动、均热性能好的用于冻土低温环境下的纳米流体热管均热装置。本发明解决上述的技术问题的技术方案是包括均热热管、湿度分析仪、计算机、湿度调节器、热电偶多路巡检仪，均热热管内装有纳米流体，均热热管的蒸发段插入模拟冻土底层，冷凝段露出冻土表层，湿度分析仪的探测端布置于冻土层各典型区域，湿度分析仪的终端与计算机连接，计算机与湿度调节器连接，在模拟冻土层典型区域和均热热管的管壁附近布置有呈梯度分布的热电偶，热电偶与热电偶多路巡检仪连接，热电偶多路巡检仪与计算机连接。进一步，所述的纳米流体采用Fe3O4,所述的模拟冻土层采用圆筒形布置，并对试样周边采用铝箔包裹。进一步，所述的模拟冻土层采用长沙地区常见的红色粘土，实验前放入恒温箱制冷至-15°C，保持内部模拟环境温度为设定温度的恒定值。进一步，所述的湿度分析仪采用JY2-PTS -1型土壤湿度传感器来测定冻土中的含水量，所述的湿度分析仪的探测端为湿敏电阻。
本发明的技术效果是
(I)本发明结构简单、成本低、使用方便，是一种较好的用于冻土低温环境下的纳米流体热管均热装置。(2)所提出的纳米流体均热热管具备更好的导热性，更小的传热温差，更大的传热能力，更广的适用温度范围，更长的使用寿命和更高的工作效率，为开发具有良好均热性能的新型闻效热管提供了新思路。下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式参见图1，本发明包括均热热管1、湿度分析仪4、计算机5、湿度调节器6、热电偶多路巡检仪8，均热热管I内装有纳米流体，均热热管I的蒸发段2插入模拟冻土底层，冷凝段3露出冻土表层，湿度分析仪4的探测端9布置于冻土层各典型区域，湿度分析仪4的终端与计算机5连接，计算机5与湿度调节器6连接，在模拟冻土层典型区域和均热热管I的管壁附近布置有呈梯度分布的热电偶7，热电偶7与热电偶多路巡检仪8连接，热电偶多路巡检仪8与计算机5连接。所述的纳米流体采用Fe3O4，所述的模拟冻土层采用圆筒形布置，并对试样周边采用铝箔包裹。所述的模拟冻土层采用长沙地区常见的红色粘土，实验前放入恒温箱制冷至-15°C，保持内部模拟环境温度为设定温度的恒定值。所述的湿度分析仪4采用JY2-PTS -1型土壤湿度传感器来测定冻土中的含水量，所述的湿度分析仪4的探测端9为湿敏电阻，湿度调节器6通过湿敏电阻的空间立体分布测量冻土中的水分含量变化，相应调节冻土中的水份含量，从而模拟出真实的冻土环境。所述的热电偶7对冻土层温度空间分布测量，所述的热电偶多路巡检仪8对信号进行收集，结果扫描输入到计算机中，用Labview软件进行记录绘图。选择不锈钢ICrlSNiOTi材质作新型均热热管材料，该材料可以承受内部低沸点工质的压力和外部腐蚀，能够很好的满足实验要求，同时选取了 Fe3O4 (四氧化三铁)和液氨作为填充的换热工质。将配置好的纳米流体充进热管中，然后将热管抽成真空，并密封。钢管长3000mm,外径60mm,壁厚2mm,蒸发段长1800mm,冷凝段长1200mm。实验时，将以纳米流体为工质的热管同现有热管、热棒分别插入模拟冻土中进行实验，各热管的蒸发段插入模拟冻土底层，冷凝段露出冻土表层。测量冻土层温度场的变化，从而获得热管在均热过程中的速率等相关参数，绘制出相应的曲线图，根据图形数据对新型热管和现有热管、热棒进行比较。温度场的变化情况主要通过热电偶的空间分布测量，使用热电偶多路巡检仪进行信号收集，然后经过计算机处理，绘制成相应的曲线图。实验结果表明，对冻土层使用了纳米流体均热热管之后，各不同环境温度状态下的冻土层整体温度实现了均衡，基本呈现了一元稳态的梯度分布；纳米流体均热热管的均热性能随着冻土层内外温差的加大实现了自主式调和，限制了冻土层上下部分土体之间的温差幅度，更好的实现了均热效果。
权利要求
1.一种用于冻土低温环境下的纳米流体热管均热装置，其特征在于:包括均热热管(I)、湿度分析仪(4)、计算机(5)、湿度调节器(6)、热电偶多路巡检仪(8)，均热热管⑴内装有纳米流体，均热热管(I)的蒸发段(2)插入模拟冻土底层，冷凝段(3)露出冻土表层，湿度分析仪(4)的探测端(9)布置于冻土层各典型区域，湿度分析仪(4)的终端与计算机(5)连接，计算机(5)与湿度调节器(6)连接，在模拟冻土层典型区域和均热热管(I)的管壁附近布置有呈梯度分布的热电偶(7)，热电偶(7)与热电偶多路巡检仪(8)连接，热电偶多路巡检仪(8)与计算机(5)连接。
2.根据权利要求1所述的用于冻土低温环境下的纳米流体热管均热装置，其特征在于:所述的纳米流体采用Fe3O4，所述的模拟冻土层采用圆筒形布置，并对试样周边采用铝箔包裹。
3.根据权利要求1或2所述的用于冻土低温环境下的纳米流体热管均热装置，其特征在于:所述的模拟冻土层采用长沙地区常见的红色粘土，实验前放入恒温箱制冷至_15°C，保持内部模拟环境温度为设定温度的恒定值。
4.根据权利要求1所述的用于冻土低温环境下的纳米流体热管均热装置，其特征在于:所述的湿度分析仪(4)采用JY2-PTS -1型土壤湿度传感器来测定冻土中的含水量，所述的湿度分析仪(4)的探测 端(9)为湿敏电阻。
全文摘要
本发明公开了一种用于冻土低温环境下的纳米流体热管均热装置。它包括均热热管1、湿度分析仪4、计算机5、湿度调节器6、热电偶多路巡检仪8，均热热管1内装有纳米流体，均热热管1的蒸发段2插入模拟冻土底层，冷凝段3露出冻土表层，湿度分析仪4的探测端9布置于冻土层各典型区域，湿度分析仪4的终端与计算机5连接，计算机5与湿度调节器6连接，在模拟冻土层典型区域和均热热管1的管壁附近布置有呈梯度分布的热电偶7，热电偶7与热电偶多路巡检仪8连接，热电偶多路巡检仪8与计算机5连接。本发明结构简单、成本低、使用方便，可以测量用于冻土低温环境下纳米流体热管的均热性能。
文档编号G01M99/00GK103076199SQ201310031779
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者张云峰, 韩凯, 许本亮, 游钧, 安建军 申请人:长沙理工大学
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