钠钾合金中温热管实验研究

论文摘要

目前，热管的研究和利用主要集中于其高效的传热特性，而对其优异的均温性能的研究和利用却较少。在计量领域，用于200℃500℃温区的校准和检定装置主要有：固定点装置、油槽、盐槽和干体炉。油槽和盐槽使用过程中存在污染环境、操作不便，性能不稳定等问题。为了克服以上问题及拓展中国计量科学研究院比较校准能力，迫切需要研制高精度温度比较校准装置。为此，中国计量科学研究院研制了以高纯钠钾合金为工质的热管，并开展了相关的实验研究。本文详述了钠钾合金热管的设计原则和制作工艺，包括：工质、管壳材料的选择，热管的加工、清洗、真空除气、工质充装等过程。同时，也简要介绍了加热炉制造和组装过程。实验内容主要包括热管测温计阱内温场稳定性和均匀性测试及提高温场性能的措施等。为了更好开展钠钾合金热管实验研究，我们对具有相似结构的玻璃-水热管进行了可视化研究。研究表明：在70℃100℃的温区内，热管测温计阱内2小时温度稳定性及均匀性技术指标分别为2.8mK和2.4mK，而恒温槽内相应的温度稳定性和均匀性分别为8.1mK和4.2mK。因此，热管技术可显著提高恒温槽内温场均匀性与稳定性的技术指标。此外，研究了热管固定方式及浸没深度对热管热特性的影响。研究表明：当热管采用支架固定并整体浸入恒温槽内时，可有效减小热管固定装置对恒温槽内流场的破坏和热管自身向外界的散热，故可进一步提高热管计阱内温场的稳定性和均匀性。基于水热管的研究结果，设计了相应的热管炉，并研究了钠钾合金热管的热特性。实验结果表明：在200℃500℃温区内，热管内部温场2小时稳定性优于5mK，012cm垂直温场的稳定性优于1℃。通过进一步优化设计加热炉的热结构，热管内垂直温场均匀性将得到进一步提高。以上研究表明：首先，采用热管技术可提高加热炉自身温场的稳定性和均匀性；其次，对加热炉温场合理优化，减小热管内部工质的流动，能有效提高热管的等温特性；最后，钠钾合金热管应用在温度测量领域将起到重要的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外文献综述
• 1.2.1 热管简介
• 1.2.2 国内外热管研究进展
• 1.2.3 钠钾合金热管的研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 实验系统构成及加工
• 2.1 钠钾合金中温热管实验系统
• 2.2 钠钾合金热管的设计及加工
• 2.2.1 工质的选择
• 2.2.2 管壳材料的选择
• 2.2.3 吸液芯的选择
• 2.2.4 热管的结构尺寸设计
• 2.3 钠钾合金热管的制造
• 2.3.1 热管加工
• 2.3.2 真空检漏
• 2.3.3 热管清洗
• 2.3.4 真空除气
• 2.3.5 工质充装
• 2.3.6 封焊
• 2.4 加热炉的加工制造
• 2.4.1 炉子各部件加工
• 2.4.2 炉子组装
• 2.5 本章小结
• 第3章 玻璃-水热管热特性研究
• 3.1 实验目的及意义
• 3.2 实验内容
• 3.3 实验装置介绍
• 3.3.1 玻璃-水热管
• 3.3.2 高精密恒温槽
• 3.3.3 测温设备
• 3.4 实验测试
• 3.4.1 测温系统精度测试
• 3.4.2 恒温槽温场测定
• 3.4.3 玻璃-水热管热特性
• 3.4.4 热管温场均匀性
• 3.4.5 计阱温度随恒温槽温度的变化
• 3.4.6 计阱壁面液膜对换热影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 钠钾合金热管实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验系统介绍
• 4.3 实验测试及结果
• 4.3.1 钠钾合金热管温场稳定性
• 4.3.2 钠钾合金热管温场均匀性
• 4.3.3 加热炉温场稳定均匀性
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表的学术论文
• 致谢