【技术实现步骤摘要】
高温液态金属对流换热系数一体化测试系统和方法
[0001]本专利技术涉及液态金属对流换热系数研究
，具体而言，尤其涉及一种高温液态金属对流换热系数一体化测试系统和方法。
技术介绍
[0002]近年来，液态金属由于其优越的性能在许多工程系统中被用于硬件冷却。与以水为代表的传统非液态金属流体相比，液态金属的主要优点是高导热系数、低粘度、高沸点、固液相转换能力强等。目前液态金属已被应用于芯片散热、大功率LED灯冷却、动力电池包散热等领域。随着科技的发展，对先进能源和高端电子的需求增加，高温和高热流密度已经成为尖端工业和大型设备发展的瓶颈，特别是在军工领域，高温、高热流已经成为尖端武器和军事装备发展的障碍之一。因此，基于液态金属的先进热管理方法，特别是高温、高热流条件下对流换热强化方法，是解决此类问题的关键。
[0003]与以水为代表的传统非液态金属流体相比，液态金属的对流换热系数具有数量级的优势，而液态金属对流换热系数的测定与计算是强化对流换热的基础。目前对流换热系数的研究主要集中在水、导热油等流体，其工作温度低于2...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高温液态金属对流换热系数一体化测试系统，其特征在于，包括：气瓶(1)、手套箱(2)、高温加热器(16)、对流换热系数测试循环系统、抽真空系统、数据采集系统(18)和数据处理系统(19)，所述对流换热系数测试循环系统包括恒温槽(8)、管路五(25)、液态金属电磁泵(12)、管路八(28)、电磁流量计(13)、管路九(29)、对流换热器(15)和管路四(24)；所述抽真空系统与恒温槽(8)相连，用于对测试系统进行抽真空；所述气瓶(1)通过管路一(21)与手套箱(2)密封连接，还通过管路三(23)与恒温槽(8)连接，用于对测试系统进行供气；所述手套箱(2)内部放置有液态金属储存罐(3)、精密天平(5)和液态金属混合罐(7)，所述液态金属储存罐(3)用于储存处理前的液态金属，所述精密天平(5)用于对液态金属进行称量，所述液态金属混合罐(7)用于储存处理后的液态金属，通过管路二(22)与恒温槽(8)连接；所述恒温槽(8)用于储存测试所需液态金属，对液态金属进行加热或冷却，通过管路五(25)与液态金属电磁泵(12)连接，所述管路五(25)伸入恒温槽(8)的底部；所述液态金属电磁泵(12)用于泵送测试过程中所需液态金属，通过管路八(28)与电磁流量计(13)连接；所述电磁流量计(13)用于测量管路中的流量，通过管路九(29)与对流换热器(15)相连；所述对流换热器(15)通过管路四(24)与恒温槽(8)连接，所述管路四(24)伸入恒温槽(8)的底部；所述对流换热器(15)的进口和出口分别安装有至少一个进口热电偶(14)和出口热电偶(17)，用于测量管内流动的液态金属温度；所述对流换热器(15)管道外壁进出口处分别布置至少一个热电偶；所述对流换热器(15)的外壁面包裹高温加热器(16)，所述高温加热器(16)用于加热对流换热器(15)；所述液态金属电磁泵(12)、电磁流量计(13)、进口热电偶(14)、出口热电偶(17)和对流换热器(15)管道外壁热电偶均与所述数据采集系统(18)相连，所述数据采集系统(18)与数据处理系统(19)相连，用于采集测试过程中液态金属的流量、温度和管道温度数据，并将采集的数据传递至数据处理系统(19)。2.根据权利要求1所述的高温液态金属对流换热系数一体化测试系统，其特征在于，所述抽真空系统包括管路六(26)、冷阱(9)、管路七(27)、真空计(10)和分子泵机组(11)，所述管路六(26)的一端与管路五(25)相连，另一端通过管路七(27)与分子泵机组(11)连接，所述分子泵机组(11)用于对测试系统进行抽真空，最大真空度小于10
‑5Pa；所述冷阱(9)为低温容器，连接在管路六(26)和管路七(27)的相接处，用于抽真空过程中保护真空计(10)和分子泵机组(11)抽入水汽或杂质；所述真空计(10)安装在管路七(27)上，用于测量测试系统真空度；所述测试系统还包括多个真空阀，所述管路二(22)为金属软管，管路二(22)上安装有至少一个真空阀一(31)，所述管路三(23)上安装有至少一个真空阀二(32)，所述管路四(24)上安装有至少一个真空阀三(33)，所述管路五(25)上安装有至少一个真空阀四(34)，所述管路六(26)上安装有至少一个真空阀五(35)。3.根据权利要求1所述的高温液态金属对流换热系数一体化测试系统，其特征在于，所述气瓶(1)内为纯度超过99.99％的高纯氩气；所述手套箱(2)为密封壳体结构，内部通过自身气体循环与吸附，并维持惰性气体环
境，水氧含量小于0.1ppm，保证液态金属处理过程中不被氧化，维持液态金属高纯度；所述手套箱(2)内部还放置有磁力搅拌器(4)和加热托盘(6)，所述磁力搅拌器(4)用于加快液态金属合金或纳米颗粒的混合，所述加热托盘(6)用于对高熔点液态金属进行加热，使液态金属熔化并维持液态，加热温度高于500℃；所述恒温槽(8)为密封壳体结构，通过PID调节维持液态金属所需温度，槽内液态金属温度最高达800℃；所述液态金属电磁泵(12)的泵送流量最高达每小时700升，内部液态金属温度达1200℃，通过液态金属电磁泵(12)调节泵送速度；所述电磁流量计(13)内部的液态金属最高温度达850℃；所述对流换热系数测试循环系统中的各管道及设备外均包裹硅酸铝保温棉。4.根据权利要求1所述的高温液态金属对流换热系数一体化测试系统，其特征在于，所述对流换热器(15)为内壁光滑的不锈钢管，进口热电偶(14)和出口热电偶(17)均伸入对流换热器(15)管道中心位置；所述高温加热器(16)内表面和对流换热器(15)之间涂有高温导热剂(36)；所述高温加热器(16)的圆周方向上均匀插入有多个碳硅棒(37)，高温加热器(16)的外壁设置有隔热涂层(38)，隔热涂层(38)外包裹硅酸铝保温棉(39)。5.根据权利要求1
‑
4任意一项权利要求所述的高温液态金属对流换热系数一体化测试系统，其特征在于，所述液态金属为常温下为液体的金属，或常温下为液体的合金，或常温下为固体的高温液态金属单质及其多种比例的合金；所述常温下为液体的金属至少为汞、铯或镓，所述常温下为液体的合金至少为镓铟锡合金；所述常温下为固体的高温液态金属单质及其多种比例的合金至少为钠、钾、铷、锂、锡、铋或锑中的一种，或一种以上组成的合金。6.根据权利要求1
‑
4任意一项权利要求所述的高温液态金属对流换热系数一体化测试系统，其特征在于，各管路的内壁为光滑表面，材料为耐高温金属，所述耐高温金属至少为不锈钢316L、不锈钢310S或镍基合金；管路与设备的连接方式为法兰连接或金属卡套连接，保证抽真空过程中测试系统的真空度低于10
‑3Pa。7.一种如权利要求1
‑
6任意一项权利要求所述的高温液态金属对流换热系数一体化测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、前处理过程：包括测试系统内各设备的连接，以及液态金属工质提纯、称量和配制；S11、首先将各设备与管路进行连接，关闭真空阀一(31)、真空阀二(32)、真空阀三(33)、真空阀四(34)和真空阀五(35)；S12、使用气瓶(1)对手套箱(2)进行供气，打开手套箱(2)的循环净化功能，使箱内水氧含量小于0.1ppm，维持至少24小时；S13、将液态金属储存罐(3)、磁力搅拌器(4)、精密天平(5)、加热托盘(6)和液态金属混合罐(7)放入手套箱(2)内，液态金属储存罐(3)内储存有所需液态金属，将液态金属混合罐(7)放置于精密天平(5)上进行去皮称量，之后进行液态金属的提纯、称量和配制；S2、测试流程：包括测试系统内气体氛围的改变，以及液态金属的输送和循环测试；S21、基于高温液态金属化学性质活泼，易与空气中的氧气和水蒸汽发生反应，在测试之前，改变测试系统整体的气体氛围；前处理过程结束后，除手套箱(2)外的系统管路和设
备的气体氛围均为空气，打开真空阀三(33)、真空阀四(34)和真空阀五(35)，将冷阱(9)中充满液氮，保持冷阱(9)的超低温状态；S22、打开分子泵机组(11)对系统进行抽真空，真空计(10)所测示数低于10
‑3Pa后维持一个小时，随即关闭分子泵机组(11)；打开真空阀二(32)，使用气瓶(1)对测试系统进行供气，使系统管路充满惰性气体；随后关闭真空阀二(32)，打开分子泵机组(11)再次抽真空；S23、重复步骤S22三次，最终测试系统保持真空状态；S24、关闭真空阀二(32)、真空阀三(33)、真空阀四(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴梦珂，纪玉龙，杨鑫，王雨明，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。