GBT 14813-2026《热管寿命试验方法》

1热管寿命试验方法本文件描述了热管寿命试验方法，包括原理及分类、试件制备、试验装置、试验环境条件、试验、结果处理。本文件适用于重力热管、脉动热管、管状有毛细芯热管、蒸气腔热管和环路热管等与产生不凝气体有关的寿命试验。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。3术语和定义4试验原理及分类4.1寿命试验依据根据产生的不凝气体对热管传热温差影响的程度来判定热管的寿命。热管内不凝气体的来源主要包括：4.3热管失效原理不凝气体导致的热管失效原理为：2小，工作温度升高，造成热管失效。4.4试验分类4.4.1常规寿命试验在额定工作温度下，对热管进行寿命试验。这种方法适用于4.2所述的3种情况。4.4.2加速寿命试验通过提高测试工作温度加速热管的失效过程，在短时间内预测额定工作温度下的寿命，从而缩短试验周期。这种方法适用于4.2a)所述的情况。4.5失效判定依据4.5.1无毛细芯热管在额定工作温度下，蒸发器(区、段)温度的算术平均值与冷凝器(区、段)的算术平均值温度的差值超过最大允许传热温差则判定为热管失效。4.5.2.1管状有毛细芯热管和蒸气腔热管失效判定依据见4.5.1。4.5.2.2环路热管在额定工作温度下，环路热管气管壳体温度的算术平均值在寿命初期与末期的差值超过最大允许值则判定为热管失效。5试件制备根据GB/T9082.1、GB/T9082.2的规定，应从同批次不少于10支热管样品中随机抽取3支进行寿命试验。5.2试件材料与工艺试件应满足产品的技术要求，所用的材料类别与牌号、工质成分与纯度以及制作工艺应与产品一致。5.3试件结构5.3.1无毛细芯热管试件一般为直热管，长径比为30～100,试件外部一般为光管，也可根据需要装设散热翅片。试件分为蒸发段、绝热段和冷凝段3部分。测温元件布置见图1。标引序号说明：4、5—-绝热段测温点；A—-蒸发段；图1重力热管与管状有毛细芯热管试件及测温元件布置示意图标引序号说明：5、6——绝热区测温点；图2脉动热管试件及测温元件布置示意图45.3.2有毛细芯热管管状有毛细芯热管结构及测温元件布置同5.3.1.1。5.3.2.2蒸气腔热管蒸气腔热管结构及测温元件布置如下。a)试件壁厚与内部结构应与实际产品一致，外部与传热无关的结构可不作要求。b)试件一般为平面结构，分为蒸发区、绝热区和冷凝区3部分，测温元件布置见图3。也可根据实际使用情况确定。标引序号说明：B—绝热区；C图3蒸气腔热管试件及测温元件布置示意图5.3.2.3环路热管环路热管结构及测温元件布置如下：b)冷凝器的冷却能力应保证工作温度可维持在要求值之内、回流液过冷度大于3℃。5a)圆柱型蒸发器环路热管b)平板型蒸发器环路热管标引序号说明：4、5——气管测温点；9、10——液管测温点；图4环路热管试件及测温元件布置示意图5.4试件检验5.5测温元件布置和固定5.5.1测温元件一般采用热电偶或铂电阻作为测温元件，测温元件应检定合格并在有效期内，试验温度范围内的误差不应大于0.2℃。5.5.2测温元件布置5.5.3测温元件固定测温元件固定满足如下要求：a)测温元件通过粘贴或镶嵌方式与壳体外表面紧密接触，测温元件引线引出前，应保持一段等温段，避免引出线导热影响测温准确性；b)在蒸发器(区、段)固定测温元件时应与模拟热源隔离，两者之间的距离为3mm～5mm。试件隔热处理满足如下条件：a)若热管工作温度高于环境温度，应对加热器、热管试件的蒸发器(区、段)及绝热段进行隔热；b)若热管的工作温度低于环境温度，应对加热器及热管试件进行隔热；6c)对于工作温度较低或传热热流量较小的热管，必要时还需将热管试件放入真空环境中进行测试，系统真空度一般优于1×10-²Pa,以减小对流漏热。6试验装置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(超温保护和过流保护)以及试验台架组成，计量设备应检定合格。根据需求可配置温度控制装置和冷源装置。试验装置条件如下：a)加热电源输出的电压、电流精度等级应不低于0.5级；于±5%;d)所有测试仪器应在检定有效期内。7试验环境条件热管寿命试验的环境条件如下：a)温度：15℃~35℃;b)相对湿度：不大于80%;c)压力：当地大气压。8.1常规寿命试验8.1.1试验工作温度常规寿命试验的工作温度规定如下：a)常规寿命试验在额定工作温度下进行，额定工作温度根据产品使用要求和试验技术条件确定；b)试验过程中，应确保试件的工作温度在额定工作温度±5℃的范围内，或根据试验技术条件确定；c)无毛细芯热管、管状有毛细芯热管和蒸气腔热管的工作温度可用绝热段(区)温度的算术平均值表示；d)环路热管的工作温度可用气管壳体温度的算术平均值表示。8.1.2试验时间常规寿命试验的时间要求如下：a)试验时间根据产品在额定工作温度下的预期寿命或实际需要确定；b)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。8.1.3试验加热功率78.1.4试验姿态8.1.4.1无毛细芯热管8.1.4.2有毛细芯热管有毛细芯热管的试验姿态要求如下：a)试件应处于水平姿态；c)对于环路热管试件，储液器应保证对蒸发器的正常供液。8.1.5加热方法8.1.5.1加热方式a)蒸发器(区、段)插入专门的加热器(炉)中；b)电加热器直接贴合或缠绕在蒸发器(区、段)上。8.1.5.2模拟热负载控制方法常用的模拟热负载控制方法包括：a)加热功率恒定法：加热功率波动应在±5%之内，通过调节冷源装置，使试件工作温度保持在额定工作温度的±5℃范围内；的±2℃范围内。8.1.6冷却方法常用的冷却方式和装置如下：a)风冷式冷却装置主要由风机、风道、风速测量系统、电源调控系统及测温系统组成；b)水冷式冷却装置主要由恒温恒压水源、水套(或喷淋管、冷板)或专用工装、流量计、电源调控系统及测温系统等组成；c)低温介质冷却装置由低温冷源(制冷机、液氮制冷系统等)、冷板(或冷套)、流量计、电源调控系统及测温系统等组成。8.1.7试验记录试验记录要求如下。a)当试件达到工作温度时，开始记录电加热功率、各测温点的温度值，无毛细芯热管(含重力热管、脉动热管)、有毛细芯热管中的管状有毛细芯热管及蒸气腔热管记录格式见附录A;有毛细芯热管中的环路热管记录格式见附录B。8k——反应速率；A——指前因子；A——指前因子；A——指前因子；9式中：AF——加速因子；k₂——加速寿命试验工作温度下的反应速率；k₁——额定工作温度下的反应速率；Ea——活化能，单位为焦耳每摩尔(J/mol);R——理想气体常数，数值为8.314J/(mol·K);T₁——额定工作温度，单位为开尔文(K);T₂—加速寿命试验工作温度，单位为开尔文(K)。e)加速寿命试验时间(L₂)按公式(5)计算。式中：L₂——加速寿命试验时间，单位为天(d);L₁——预期使用寿命时间，单位为天(d);AF——加速因子。8.2.3其他要求加速寿命试验的其他要求如下：a)加速寿命试验中应采用工作温度恒定法模拟热负载，其他试验要求包括试验姿态、加热方式、冷却方法、试件试验工作温度确定和试验记录应符合8.1的规定；b)加速寿命试验过程中应定期将试件恢复至额定工作温度进行传热性能测试，按4.5的规定判断热管是否失效。9试验结果处理9.1试验工作时间寿命试验期间，热管的工作温度应符合8.1.1、8.2.1的规定，工作温度超出规定要求的时间段，应在积累时间中扣除。9.2试验结果表示方式9.2.1无毛细芯热管以试验时间为横坐标、温度值为纵坐标，用温度曲线图表示出蒸发器(区、段)温度算术平均值与冷凝器(区、段)温度算术平均值随时间的变化规律。9.2.2有毛细芯热管9.2.2.1管状有毛细芯热管和蒸气腔热管表示方式见9.2.1。9.2.2.2环路热管以试验时间为横坐标、温度值为纵坐标，用温度曲线图表示出环路热管气管壳体温度的算术平均值随时间的变化规律。9.3不凝气体量确定对于重力热管、管状有毛细芯热管和蒸气腔热管，寿命试验过程中或结束后，测试并计算出热管内产生的不凝气体量，可用于分析热管的失效过程，为寿命预测提供依据。确定热管内产生不凝气体量的原理如下。a)热管工作时，不凝气体会聚集在冷凝器(区、段)末端，不凝气体聚集区的温度会低于工作温度、接近冷源温度，通过温度分布可测量出该区域的长度。b)降低热管工作温度，可降低热管内饱和压力，从而增大不凝气体体积便于测量。c)热管内不凝气体体积(Vg)按公式(6)计算：Vg=A×L……式中：Vg——不凝气体体积，单位为立方米(m³);Ag——不凝气体通道横截面积，单位为平方米(m²);Lg———不凝气体段长度(不含制造工艺造成的无效段),单位为米(m)。d)不凝气体量(n)按公式(7)计算：式中：n——不凝气体量，单位为摩尔(mol);Pv.—工质在工作温度对应的饱和蒸气压力，单位为帕斯卡(Pa),根据工质物性数据查得；Pv.,g——工质在不凝气体区算术平均温度对应的饱和蒸气压力，单位为帕斯卡(Pa),根据工质物性数据查得；Vg——不凝气体体积，单位为立方米(m³);Tg——不凝气体区的算术平均温度，单位为开尔文(K);R——理想气体常数，数值为8.314J/(mol·K)。9.3.2确定方法重力热管、管状有毛细芯热管和蒸气腔热管内的不凝气体量确定方法如下：a)进行不凝气体测量时，热管的工作温度应低于其额定工作温度，但不超过产品的允许工作温度下限；b)根据试验温度数据，确定热管内不凝气体段长度(不含制造工艺造成的无效段)(Lg),按公式(6)计算不凝气体的体积(Vg);c)根据试验温度数据，按8.1.1c)的规定确定热管工作温度，根据工质物性数据查得对应的饱和d)根据试验温度数据，确定不凝气体区的算术平均温度(Tg),根据工质物性数据查得对应的饱e)按公式(7)计