GB/T 14813-2008 热管寿命试验方法

　　ICS 27 . 060 . 30 J 75

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 14813—2008代替 GB/T 14813—1993

　　热管寿命试验方法

　　Lifetesting method forheatpipes

　　2008-06-26 发布 2009-01-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 14813—2008

　　前 言

　　本标准代替 GB/T 14813—1993《热管寿命试验方法》。

　　本标准与 GB/T 14813—1993 相比主要内容变化如下：

　　— 将原标准中的 “热管 ”修改为 “重力热管和管状有管芯的热管 ”;

　　— 将重力热管和管状有管芯的热管的试件明确为直热管;

　　— 将原标准中的 “保温处理 ”修改为 “隔热处理 ”;

　　— 明确了 2 种不同试验加热功率的控制方式;

　　— 增加了管状有管芯的热管可采用的与重力热管不同的试验状态;

　　— 明确了重力热管和管状有管芯的热管内不凝气体数量的确定方法;

　　— 明确了重力热管和管状有管芯的热管在竖直状态下进行试验时蒸发段的位置;

　　— 增加了环路热管寿命试验方法的内容 。

　　本标准的附录 A 、附录 B 和附录 C 为资料性附录 。

　　本标准由中国航天科技集团公司提出 。

　　本标准由中国航天科技集团公司归 口 。

　　本标准起草单位：中国空间技术研究院总体部 、中国科学院工程热物理研究所 、中国船舶重工集团公司第七一一研究所 。

　　本标准主要起草人：邵兴国 、吕巍 、苗建印 、孙全平 、侯增祺 、曲伟 。

　　本标准所代替标准的历次版本发布情况为：

　　—GB/T 14813—1993 。

　　Ⅰ

　　GB/T 14813—2008

　　热管寿命试验方法

　　1 范围

　　本标准规定了热管寿命试验原理 、试件制备 、试验装置 、试验环境 、试验 、结果处理 、重力热管与管状有管芯的热管内不凝气体数量确定 、环路热管寿命评估 。

　　本标准适用于重力热管 、管状有管芯的热管 、环路热管等与产生不凝气体有关的相容性寿命试验，其他类型的热管相容性寿命试验可参照本标准执行 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 。凡是注 日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本 。凡是不注 日期的引用文件，其最新版本适用于本标准 。

　　GB/T 14811 热管术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 14811 确立的术语和定义适用于本标准 。

　　4 试验原理

　　4 . 1 根据工质与管壳 、管芯材料和焊接材料间产生不凝气体的程度来判定热管的寿命 。

　　4 . 2 对于重力热管与管状有管芯的热管，不凝气体积聚在热管冷凝段，且随着工作时间的增加，不凝气体的积聚区逐渐扩大，减少了冷凝换热面积，热管的传热能力逐渐衰退，最终造成热管失效 。

　　4 . 3 对于环路热管，不凝气体积聚在液体正常流通的通道和补偿器内，随不凝气体数量逐渐增加，热管传热性能逐渐衰退，造成热管失效 。

　　5 试件制备

　　5 . 1 试件材料与工艺

　　进行寿命试验的试件必须满足产品的技术要求，其所用管壳 、管芯和焊接材料的品种与牌号，工质的成分与纯度，以及有关的热管制作工艺必须与产品相一致 。

　　5 . 2 试件结构

　　5 . 2 . 1 重力热管与管状有管芯的热管

　　试件一般为 1 000 mm长度的直热管，对于不同长度的试件，除另有规定外，其长径比为 30 ~ 100 。全长分为蒸发段 A 、绝热段 B 和冷凝段 C 三部分，参见图 1 。试件外部一般为光管，但根据需要可在试件装设翅片 。绝热段 B 长度为 200 mm,根据加热和冷却的需要，在总长度不变条件下选定蒸发段 A 和冷凝段 C 的长度 。

　　5 . 2 . 2 环路热管

　　环路热管的蒸发器 、冷凝器 、补偿器与实际产品相同 。环路热管的液管和气管的长度至少应为实际应用需求长度的 1/3 ~ 1/2,环路热管试件的冷凝器应保证环路热管试件的回流液在该试件的最大传热功率下仍有 3 ℃ ~ 5 ℃的过冷度，冷却能力保证试件正常工作时蒸发器温度维持在设计值之内，环路热管试件的补偿器容积应保证在试件的最大传热功率时蒸气在冷凝器内占据的面积不超过总冷凝面积的3/4,环路热管试件补偿器的位置应与实际使用的位置要求相同 。试件样式示意图见图 2 。

　　1

　　GB/T 14813—2008

　　单位为毫米

　　1 — 冷凝段测温点;

　　2 — 冷凝段测温点;

　　3 — 冷凝段测温点;

　　4 — 冷凝段测温点;

　　5 — 冷凝段测温点;

　　6 — 绝热段测温点;

　　7 — 绝热段测温点;

　　8 — 蒸发段测温点;

　　9 — 蒸发段测温点;

　　10 — 蒸发段测温点 。

　　图 1 重力热管与管状有管芯的热管试件示意图

　　5 . 3 测温元件布置和固定

　　5 . 3 . 1 测温元件

　　测温元件一般采用热电偶或铂电阻，测温元件应经过检定合格，在试验温度范围内其误差一般应不大于 0 . 3 ℃ ,测温元件的尺寸应与试件上的测点相适应 。

　　5 . 3 . 2 测温元件布置

　　5 . 3 . 2 . 1 重力热管和管状有管芯的热管布置 10 个测温元件，位置参见图 1 。其他长度的热管试件参照执行，并适当增减测温元件数量 。

　　5 . 3 . 2 . 2 环路热管测温元件布置见图 2 。

　　5 . 3 . 3 测温元件固定

　　测温元件与管外壁应紧密接触，用点焊或镶嵌于管壁面 。热电偶丝引出前，应保持一段等温段 。 当电加热丝缠绕于蒸发段时，测温点应与电加热丝隔离，两者之间的距离为 3 mm ~ 5 mm 。

　　2

　　GB/T 14813—2008

　　1 — 蒸发器测温点;

　　2 — 蒸发器测温点;

　　3 — 蒸发器测温点;

　　4 — 气管测温点;

　　5 — 气管测温点;

　　6 — 冷凝器测温点;

　　7 — 冷凝器测温点;

　　8 — 冷凝器测温点;

　　9 — 液管测温点;

　　10 — 液管测温点;

　　11 — 补偿器测温点;

　　12 — 补偿器测温点;

　　13 — 补偿器测温点;

　　14— 补偿器测温点 。

　　图 2 环路热管试件示意图

　　5 . 4 隔热处理

　　5 . 4 . 1 重力热管与管状有管芯的热管的绝热段 B应与环境隔热 。

　　5 . 4 . 2 环路热管的蒸发器 、气管及液管应与环境隔热，冷凝器和补偿器应根据工况要求确定是否进行隔热处理 。

　　6 试验装置

　　6 . 1 寿命试验装置主要由电加热器 、电源 、测温系统 、安全保护系统(超温保护和短路过流保护)以及试验台架组成 。根据需求可配置温度控制装置和冷源装置 。

　　6 . 2 测量加热电功率的仪表精度等级应不低于 0 . 5 级;只控制热管工作温度时，测量加热电功率的仪表精度等级可放宽至 1 . 5 级 。

　　6 . 3 温度测量采用数字电压表 、电位差计或数字温度计 。温度测量分辨力一般应优于 0 . 1 ℃ 。

　　7 试验环境条件

　　热管寿命试验的环境条件为：

　　a) 温度：15 ℃ ~ 35 ℃ ;

　　b) 相对湿度：不大于 80% ;

　　c) 照度：不小于 300 lx ;

　　3

　　GB/T 14813—2008

　　d) 压力为当地大气压 。

　　8 试验

　　8 . 1 试验时间

　　试验时间一般为 3 a ~ 5 a,可根据产品的预计使用时间或实际需要确定 。 寿命试验原则上应连续进行 。如间断运行，则运行寿命应按实际工作的小时数积累计算 。

　　8 . 2 试验工作温度

　　试验工作温度根据产品的使用要求和试验的技术条件确定 。

　　8 . 3 试验加热功率

　　试验加热功率根据产品的使用要求和试验的技术条件确定 。

　　8 . 4 试验状态

　　8 . 4 . 1 重力热管与管状有管芯热管

　　在试验过程中热管应处于竖直状态，处于竖直状态的重力热管和管状有管芯的热管的蒸发段应在热管底部 。管状有管芯的热管在条件许可情况时，应在热管轴线处于水平(高度差小于 0 . 5 mm) 状态下进行试验 。

　　8 . 4 . 2 环路热管

　　环路热管的蒸发器与冷凝器应处于同一水平面，补偿器内的液位应高于蒸发器 。 当实际使用中有反重力需求时，应采取蒸发器高于冷凝器的状态进行试验，其高度差由实际使用需求确定 。补偿器一般可不进行控温 。

　　8 . 5 加热方法

　　8 . 5 . 1 加热方式

　　热管应在蒸发段或蒸发器部位均匀加热 。加热方式一般为：

　　a) 电加热丝直接绕于热管上提供加热;

　　b) 蒸发段(器)插入专门的加热器(炉)中 。

　　8 . 5 . 2 加热功率

　　8 . 5 . 2 . 1 重力热管与管状有管芯的热管

　　8 . 5 . 2 . 1 . 1 加热功率恒定法

　　在试验期间，加热功率基本保持不变，其加热功率波动应在 ±5%之内 。 同时，应通过冷却调节，使试件工作温度保持在试验工作温度的±20 ℃之内 。

　　8 . 5 . 2 . 1 . 2 工作温度恒定法

　　在试验期间，通过对加热功率 、冷却温度和冷却方式的调节，确保试件工作温度基本保持不变，其工作温度波动应在 ±5 ℃之内 。

　　8 . 5 . 2 . 2 环路热管

　　环路热管的加热功率为相应反重力高度下毛细力极限传热功率的 70% ~ 80%,在试验期间，加热功率基本保持不变，其加热功率波动应在 ±5%之内 。

　　8 . 6 冷却方法

　　8 . 6 . 1 重力热管与管状有管芯的热管

　　冷凝段的冷却方式一般为空气自然对流冷却，根据需要可以采用水或其他冷媒进行冷却 。

　　8 . 6 . 2 环路热管

　　冷凝器的冷却方式一般为水冷却，根据需要可以采用其他冷却方式 。在试验过程中，冷却媒介 、冷却媒介温度 、冷却媒介流量 、冷却方式均应保持不变 。

　　4

　　GB/T 14813—2008

　　8 . 7 试件试验工作温度确定

　　8 . 7 . 1 重力热管与管状有管芯的热管

　　重力热管和管状有管芯的热管可用绝热段温度的平均值来表示试件试验工作温度，计算方法见公式(1) 。

　　犜 ………………………………( 1 )

　　式中：

　　犜V — 试验工作温度，单位为摄氏度( ℃) ;

　　狋6 — 绝热段测点 6 的温度，单位为摄氏度( ℃) ;

　　狋7 — 绝热段测点 7 的温度，单位为摄氏度( ℃) 。

　　8 . 7 . 2 环路热管

　　环路热管类型热管的试验工作温度可用蒸发器及蒸发器出口温度的平均值来表示，计算方法见公式(2) 。

　　犜

　　式中：

　　狋l1 — 蒸发器测点 1 的温度，单位为摄氏度( ℃) ;

　　狋l2 — 蒸发器测点 2 的温度，单位为摄氏度( ℃) ;

　　狋l3 — 蒸发器测点 3 的温度，单位为摄氏度( ℃) ;

　　狋l4 — 蒸发器蒸气出口处蒸气管路上测点的温度，单位为摄氏度( ℃) 。

　　8 . 8 试验记录

　　8 . 8 . 1 当试件达到工作温度时，开始记录电加热功率和各测点温度，重力热管和管状有管芯的热管记录格式参见附录 A;环路热管记录格式参见附录 B 。

　　8 . 8 . 2 寿命试验开始后的一个月内，应每天测量 1 次 。 以后，可每周测量 1 次 。

　　9 试验结果处理

　　9 . 1 寿命试验工作时间

　　9 . 1 . 1 重力热管与管状有管芯的热管

　　重力热管与管状有管芯的热管的蒸发段 3 个测点的温度应满足该种热管技术条件所规定的均匀性要求 。如超出规定要求，这段时间的数据无效，积累时间中应扣除这段时间 。

　　9 . 1 . 2 环路热管

　　环路热管蒸发器上 3 个测点的温度应满足该种热管技术条件所规定的稳定性和工作温度上限要求 。如超出规定要求，这段时间的数据无效，积累时间中应扣除这段时间 。

　　9 . 2 试验数据处理

　　9 . 2 . 1 重力热管与管状有管芯的热管

　　重力热管与管状有管芯的热管的试验数据按公式(3)计算 。

　　Δ狋犻 = 犜V - 狋犻 ……………………………………( 3 )

　　式中：

　　Δ狋犻— 冷凝段各测点温度与热管工作温度之差，单位为摄氏度( ℃) ;

　　狋犻— 冷凝段各测点的温度(一般为第 1 ~ 第 5 测量点)，单位为摄氏度( ℃) 。

　　9 . 2 . 2 环路热管

　　环路热管温度试验数据应如实记录 。

　　5

　　GB/T 14813—2008

　　9 . 3 表示方式

　　9 . 3 . 1 重力热管与管状有管芯的热管

　　用图表示 Δti 随时间的变化规律 。 以试验的积累时间(h)为横坐标，温差 Δti 为纵坐标，画出 5 条温差与时间的关系曲线 。

　　9 . 3 . 2 环路热管

　　用图表示环路热管蒸发器 、补偿器上各点温度随时间的变化规律 。 以试验的积累时间(h) 为横坐标，温度值为纵坐标，画出各点温度与时间的关系曲线 。

　　10 重力热管与管状有管芯的热管内不凝气体数量确定

　　10 . 1 原理

　　重力热管与管状有管芯的热管内的不凝气体在热管工作时，全部聚集在热管冷凝段的末端，不凝气体的温度与冷源的温度相接近 。管内的不凝气体体积随热管工作温度的下降不断增大 。 当热管处于较低的工作温度时，管内的不凝气体体积是热管常温状态的数倍 。

　　根据上述原理，在热管冷凝段的温度分布中，找出与热管工作温度 Tv, e 不同且与冷源温度相接近的温度分布区域，结合该区域内温度变化的趋势，确定该工作温度下热管内的不凝气体体积，从而得出管内的不凝气体含量 。为保证不凝气体数量确定的精度，建议热管在低温工作状态下，进行管内不凝气体数量的测量 。

　　热管内的不凝气体数量按公式(4)和公式(5)估算 。

　　n = ……………………………………( 4 )

　　vr = A × Lr ……………………………………( 5 )

　　式中：

　　n— 不凝气体数量，单位为摩尔(mol) ;

　　pv, e — 蒸发段饱和蒸气压力，单位为帕(Pa) ,根据 Tv, e,由工质的饱和 p-饱和 T 曲线查得;

　　Tg, i — 不凝气体段的气体温度，单位为开(K) ;

　　pv, i — 不凝气体段的工质蒸气分压力，单位为帕(Pa) ,根据 Tg, i,由工质的饱和 p-饱和 T 曲线查得; vr — 试件不凝气体气体通道体积，单位为立方米(m3 ) ;

　　R— 理想气体常数，数值为 8 . 314 J/(mol · K) ;

　　A— 试件不凝气体气体通道横截面积，单位为平方米(m2 ) ;

　　Lr — 不凝气体段长度(不含制造工艺造成的无效段)，单位为米(m) 。

　　10 . 2 确定不凝气体数量

　　经过寿命试验后，重力热管与管状有管芯的热管内的不凝气体数量确定如下：

　　a) 根据试验数据，确定热管工作温度 Tv , e ;

　　b) 根据试验数据，确定热管内不凝气体段的气体温度 Tg , i ;

　　c) 根据试验数据，确定热管内不凝气体段长度(不含制造工艺造成的无效段)Lr ;

　　d) 按公式(4) 、公式(5)计算不凝气体数量 。

　　1 1 环路热管寿命评估

　　环路热管寿命评估参见附录 C 。

　　6

　　GB/T 14813—2008

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　重力热管与管状有管芯的热管寿命试验记录格式

　　重力热管与管状有管芯的热管寿命试验记录格式如图 A. 1 所示 。

　　寿命试验记录表

　　试件

　　工质

　　管材

　　管芯

　　焊接材料

　　工艺代号

　　试验时间h

　　记录时试验环境情况

　　蒸发

　　段测

　　点温度

　　℃

　　绝热

　　段测

　　点温度

　　℃

　　冷凝

　　段测

　　点温度

　　℃

　　冷却介

　　质质量

　　流量

　　kg/s

　　冷却介质温度

　　℃

　　加热

　　功率

　　W

　　记录人

　　记录时间

　　累计时间

　　环境

　　温度℃

　　环境相

　　对湿度 %

　　试验

　　气压

　　Pa

　　进口

　　出口

　　图 A.1 寿命试验记录格式

　　7

　　GB/T 14813—2008

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　环路热管寿命试验记录格式

　　环路热管寿命试验记录格式如图 B. 1 所示 。

　　寿命试验记录表

　　试件

　　工质

　　管材

　　管芯

　　焊接材料

　　工艺代号

　　试验时间h

　　记录时试验环境情况

　　蒸发

　　器测

　　点温度

　　℃

　　气管

　　测点

　　温度

　　℃

　　液管

　　测点

　　温度

　　℃

　　冷凝

　　器测

　　点温度

　　℃

　　补偿

　　器测

　　点温度

　　℃

　　冷却

　　介质

　　质量

　　流量kg/s

　　冷却介质温度

　　℃

　　加热

　　功率

　　W

　　记 录 人

　　记录时间

　　累计时间

　　环境

　　温度℃

　　环境相

　　对湿度 %

　　试验

　　气压

　　Pa

　　进口

　　出口