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專利名稱：用于凍土低溫環境下的納米流體熱管均熱裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于凍土低溫環境下的納米流體熱管均熱裝置。
背景技術：
納米流體作為一種新型的強化傳熱工質，主要應用于兩相流動與傳熱方面，特別是氣液兩相流動將是大幅度提聞換熱效果的有效途徑。納米流體的研究應用為許多聞科技領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動機在更優化的溫度下工作，使冷卻系統做的更小、更輕，從而節省燃料耗量。(2)用于機械加工的工具刀冷卻，可提高工件的加工速度精度，并延長刀具的使用壽命。(3)用于電力電子工業，散熱問題是很多器件如計算機、微電子、微電機、大型電機、變壓器、集成電路、通訊系統等的運行效率、速度、壽命的重要制約因素，高效納米流體冷卻技術則可發揮重要作用。(4)用于暖通空調系統的冷媒和太陽能回收中的熱媒，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。伴隨著西部開發的腳步，目前在多年凍土地區路基和地基的設計和防護中，主要有兩類措施，一類是所謂被動措施，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境下，這類措施呈出一些致命缺點；一類是積極性的保護凍土措施，即冷卻凍土的措施，目前在青藏鐵路建設中大量采用，這類措施的特點在于采取主動調控地溫。其中最有生命力的結構形式之一是熱棒路基，它的特點在于充分利用自然能源，根據熱管導熱原理，在溫差作用下驅動內部制冷工質的汽液兩相對流循環，通過蒸發段蒸發吸熱作用，降低周圍凍土溫度，增加凍土本身的冷儲，提高熱穩定性。

發明內容
為了解決凍土地區路基防凍問題，本發明提出了一種低溫自啟動、均熱性能好的用于凍土低溫環境下的納米流體熱管均熱裝置。本發明解決上述的技術問題的技術方案是包括均熱熱管、濕度分析儀、計算機、濕度調節器、熱電偶多路巡檢儀，均熱熱管內裝有納米流體，均熱熱管的蒸發段插入模擬凍土底層，冷凝段露出凍土表層，濕度分析儀的探測端布置于凍土層各典型區域，濕度分析儀的終端與計算機連接，計算機與濕度調節器連接，在模擬凍土層典型區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算機連接。進一步，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，并對試樣周邊采用鋁箔包裹。進一步，所述的模擬凍土層采用長沙地區常見的紅色粘土，實驗前放入恒溫箱制冷至-15°C，保持內部模擬環境溫度為設定溫度的恒定值。進一步，所述的濕度分析儀采用JY2-PTS -1型土壤濕度傳感器來測定凍土中的含水量，所述的濕度分析儀的探測端為濕敏電阻。
本發明的技術效果是
(I)本發明結構簡單、成本低、使用方便，是一種較好的用于凍土低溫環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，更長的使用壽命和更高的工作效率，為開發具有良好均熱性能的新型聞效熱管提供了新思路。下面結合附圖對本發明作進一步的說明。


圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式參見圖1，本發明包括均熱熱管1、濕度分析儀4、計算機5、濕度調節器6、熱電偶多路巡檢儀8，均熱熱管I內裝有納米流體，均熱熱管I的蒸發段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的探測端9布置于凍土層各典型區域，濕度分析儀4的終端與計算機5連接，計算機5與濕度調節器6連接，在模擬凍土層典型區域和均熱熱管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與計算機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，并對試樣周邊采用鋁箔包裹。所述的模擬凍土層采用長沙地區常見的紅色粘土，實驗前放入恒溫箱制冷至-15°C，保持內部模擬環境溫度為設定溫度的恒定值。所述的濕度分析儀4采用JY2-PTS -1型土壤濕度傳感器來測定凍土中的含水量，所述的濕度分析儀4的探測端9為濕敏電阻，濕度調節器6通過濕敏電阻的空間立體分布測量凍土中的水分含量變化，相應調節凍土中的水份含量，從而模擬出真實的凍土環境。所述的熱電偶7對凍土層溫度空間分布測量，所述的熱電偶多路巡檢儀8對信號進行收集，結果掃描輸入到計算機中，用Labview軟件進行記錄繪圖。選擇不銹鋼ICrlSNiOTi材質作新型均熱熱管材料，該材料可以承受內部低沸點工質的壓力和外部腐蝕，能夠很好的滿足實驗要求，同時選取了 Fe3O4 (四氧化三鐵)和液氨作為填充的換熱工質。將配置好的納米流體充進熱管中，然后將熱管抽成真空，并密封。鋼管長3000mm,外徑60mm,壁厚2mm,蒸發段長1800mm,冷凝段長1200mm。實驗時，將以納米流體為工質的熱管同現有熱管、熱棒分別插入模擬凍土中進行實驗，各熱管的蒸發段插入模擬凍土底層，冷凝段露出凍土表層。測量凍土層溫度場的變化，從而獲得熱管在均熱過程中的速率等相關參數，繪制出相應的曲線圖，根據圖形數據對新型熱管和現有熱管、熱棒進行比較。溫度場的變化情況主要通過熱電偶的空間分布測量，使用熱電偶多路巡檢儀進行信號收集，然后經過計算機處理，繪制成相應的曲線圖。實驗結果表明，對凍土層使用了納米流體均熱熱管之后，各不同環境溫度狀態下的凍土層整體溫度實現了均衡，基本呈現了一元穩態的梯度分布；納米流體均熱熱管的均熱性能隨著凍土層內外溫差的加大實現了自主式調和，限制了凍土層上下部分土體之間的溫差幅度，更好的實現了均熱效果。
權利要求
1.一種用于凍土低溫環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)、計算機(5)、濕度調節器(6)、熱電偶多路巡檢儀(8)，均熱熱管⑴內裝有納米流體，均熱熱管(I)的蒸發段(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)的探測端(9)布置于凍土層各典型區域，濕度分析儀(4)的終端與計算機(5)連接，計算機(5)與濕度調節器(6)連接，在模擬凍土層典型區域和均熱熱管(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)與計算機(5)連接。
2.根據權利要求1所述的用于凍土低溫環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，并對試樣周邊采用鋁箔包裹。
3.根據權利要求1或2所述的用于凍土低溫環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沙地區常見的紅色粘土，實驗前放入恒溫箱制冷至_15°C，保持內部模擬環境溫度為設定溫度的恒定值。
4.根據權利要求1所述的用于凍土低溫環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測定凍土中的含水量，所述的濕度分析儀(4)的探測 端(9)為濕敏電阻。
全文摘要
本發明公開了一種用于凍土低溫環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、計算機5、濕度調節器6、熱電偶多路巡檢儀8，均熱熱管1內裝有納米流體，均熱熱管1的蒸發段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的探測端9布置于凍土層各典型區域，濕度分析儀4的終端與計算機5連接，計算機5與濕度調節器6連接，在模擬凍土層典型區域和均熱熱管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與計算機5連接。本發明結構簡單、成本低、使用方便，可以測量用于凍土低溫環境下納米流體熱管的均熱性能。
文檔編號G01M99/00GK103076199SQ201310031779
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者張云峰, 韓凱, 許本亮, 游鈞, 安建軍 申請人:長沙理工大學