SJ 3227 89 电子设备用热管热性能参数测试方法

 

中华人民共和国机械电子工业部部标准

电子设备用热管热性能参数测试方法

     SJ 3227-89

l主题内容与适用范围

    本标准规定了电子设备用热管（以下简称热管）的热性能参数测试方法．

    本标准适用于热管的温度及其分布、起动性能，倾角（β）的测量和传热性能的计算．

2引用标准

    GB 2421  电工电子产品基本环境试验规程总则

    GB 2903  铜——康镉热电偶丝及分度表

    GB 4993  镍铬——康铜热电偶丝及分度表

    JB 913   镍铬——铜热电偶丝及分度表

3术语

3.1热管

    一种在真空状态下，利用工质自行蒸发与冷凝的高效、低热阻传热装置（见图l所示）．

3.2重力热管

    利用重力场作用，使冷凝液返回蒸发端的传热装置，其结构特点是冷凝端置于蒸发端之上。

    不装设吸液芯的重力热管，称之为二相流热虹吸管。

3.3热源

    用于热管蒸发端加热的装置．

3.4冷源

    用于热管冷凝端冷却的装置．

3.5蒸发端

    热管受热的区段．

3.6绝热段

    热管不参于热交换的区段．

3.7冷凝端

    热管受冷却的区段．

3.8工作温度

  指热管内蒸汽的平均温度．

3.9起动性能

  在规定条件下，施加热源后热管达到温度稳定的时间．

3.10倾角（β）

  热管相对于水平或垂直的倾斜角度．

3.11传热性能

    表征热管传热的能力，包括传热量和传热限．

3.12传热限

    表征热管传热能力的极限，包括粘性眼、沸腾限、声速限及毛细限等．

4热管的典型结构及工作原理

    热管一般分蒸发端、绝热段和冷凝端三个工作区段，其典型结构见图1所示．

    图l  热管典型结构及工作原理示意图

  其工作原理为：当蒸发端受热时，通过管壁使湿润于吸液芯内的工质蒸发．蒸汽在

蒸发端和冷凝端之间所形成的压差的作用下流向冷凝端，并经外部冷源的冷却将蒸汽冷

凝为液体，释放汽化潜热，冷凝液靠吸液芯毛细力的作用，返回蒸发端．形成传热的循

环过程．

5测试方法

5.1热性能参数

  热管的热性能主要有温度及其分布。起动性能、传热性能以及倾角妒）的改变对重

力热管传热性能的影响．

5.2测试环境条件

    除另有规定外，热管热性能参数测试的环境条件应符合GB 2421中正常的试验大

气条件的规定．

5.3温度测量

5．3.1  目的

    测量出热管各端（段）的温度及其分布．

5.3.2内容

    测量热管蒸发端、绝热段、冷凝端、蒸汽、热源、冷源及环境的温度值．

5.3.3测量装置

    温度测量装置及设备，其连接框图如图2、图3所示．

    图2测量装置及设备连接框图

5.3.4测量设备

  a．加热用的热源装置，其功率变化范围应不大于±5%．

  b．冷却用的冷源装置，其冷却剂的流速变化率应不大于±5%．

  c．温度传感器及显示仪表．其测量允许误差应不大于±1%．

5.3.5测量步骤

    a．按图2、图3分别在蒸发蛸与冷凝端上装设热源和冷源，并沿热管的轴向设置

温度传感器并与显示仪表相连接，宙动热源与冷源装置．测量各部位的温度值;

    b．根据热源的种类及冷源的冷却形式，选择合适的温度传感器和显示仪表．按图

2、图3所示进行布设与连接，分别监测热源与冷源的温度值;

    c．距热管试件周围200ram处（见图2．图3），设置环境温度测量点，测量其环境

温度．

    d．若有必要，应将温度传感器置于热管蒸汽空间内（见图2所示）．测量其蒸汽温

度值，当温度传感器不易埋设时，可将所测得的绝热段平均温度值，近似作为蒸汽温度值．

    e．测量所获得的温度数据，应按附录A的格式记录．

5.4起动性能的测试

5.4.1  目的

    确定热管在规定环境条件（见5.2条）下起动工作的性能．

5.4.2内容

    测量热管自施加热源功率开始至达到温度稳定的起止时间．

5.4.3测试装置（见5.3.3条）

5.4.4测试设备

    a．温度测量设备（见5.3.4条）

    b．计时装置，其精度误差应不大于±1s．

    c．x--y函数记录仪，其精度等级应不低于1级．

5.4.5测试步骤

    a．将热源功率预调至规定值，启动热源并记录下开起时间．

    b．按5.3.5条步骤a设置温度传感器及连接显示仪表，监测蒸发端与冷凝端的温

度值．待温度达到稳定后，记录下起止所用的时间．

  c．环境温度测量（见5.3.5条c）．

  d．测试所获得的数据，应按附录A的格式记录．

5．5倾角(β)的测试

5.5.1  目的

    测试倾角β（见图3）对重力热管传热性能影响．

5.5.2内容

    改变热管相对于水平或垂直的倾斜角β，测量热管的传热能力．

5.5.3测试装置

    倾角β测试装置及设备，其连接框图如图3所示．

    图3测试装嚣及设备连接框图

5.5.4测试设备

    a．温度测量设备（见5.3.4条）．

    b．流量汁，其测量允许误差应不大予±1%．

    c．量角器，精度应不低于±1°

5.5.5测试步骤

    a.按图3将装设有热源和冷源的热管安装于可变倾角的测试装置上，并与测试设备相连接．

  b．当热管温度达到稳定后，按30°、45°和60°相继改变热管的倾斜角(β)．并

按5.3条的规定测量其温度值．

    c．测试所获得的数据，应按附录A的格式记录．

5.6传热性能的计算

    根据附录A记录的测试数据，分别计算热管的传热量和传热限．

5.6.1传热量按下式进行计算：

    ..........................(1)

式中：Q——传热量，w；

      m——冷却剂流量．kg／s：

     Cp——冷却剂的定压比热，J／kg．K；

     t₂——冷却剂的出口温度，℃：

     t₁——冷却剂的进口温度，℃．

5.6.2传热限（最大传热量）按下式进行计算：

   ……………………(2)

式中：——所能传递的最大热量．W；

      K——吸液芯渗透率．m2：

      A_w——吸液芯捞截面积．m2;

      r_eA——有效毛细半径．m；

      l——热管总长．m；

      θ——工质与吸液芯结构固体表面间的接触角； 

       l_eff——热管的有效长度．m；

     …………………(3)

式中：l_e——蒸发端长度．m；

      l_m——绝热段长度，m；

      l_c——冷凝端长度．m；

      η——体积力压差与有效毛细压差之比：

   ....................(4)

    2月rcoSD

式中：dw——吸液芯外径,m；

    一一热管轴向与加速度矢量的夹角；

    H——毛细高度．m;

................................................(5)

式中：——工质的表面张力系数．N／m；

    ——工质的密度．kg／m³;

    g——重力加速度．m／s²．

    F₁——液体流动压降与液汽流动压降和之比；

 ...................................（6）

式中：、——分别为蒸汽和液体的动力粘度，N.S／m；

    ——蒸汽的密度．kg./m³;

    D_v——蒸汽通道的水力直径．m；

    A_v——蒸汽通道截面积．m²;

    N_l——工质的物性参数（液体传输系数）：

  ...............................（7）

式中：——工质的汽化潜热，J／kg．

    热管正常运行的条件是：

  

 5．6.3热管传热量及传热限的计算结果，应按附录A的格式记录或给出．

 

附录A

测试数据记录表

（补充件）

状 态 测 量 值 测 量 部 位 参 数					倾斜角
			起动状态	正常状态	30°	45°	50°
	蒸发蜡
	冷凝端
	蒸汽流
温	热源
度	冷	进n
值	源	出口
(℃)	散	根部
	热	端部
	器	平均
	环境温度		l
流量	空气
（kg／S）	液体
起动时间	开始
(S)	温度达到稳定
传热性能	传热量
(W)	传热限
备注

 

附加说明：

  本标准由机械电子工业部电子标准化研究所提出，

  本标准由东南大学、机械电子部电子标准化研究所负责起草．

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