CN104280416B - 全方位可视化池式沸腾实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全方位可视化池式沸腾实验装置，包括观测容器、加热组件和冷凝组件，所述加热组件包括固定支架和安装在固定支架上的ITO加热玻璃，所述观测容器包括容器本体和观测窗口，容器本体包括四个侧面和容器底板，容器底板设置ITO加热玻璃安装孔，加热组件通过ITO加热玻璃安装孔安装在容器本体底部，加热组件外部固定安装容器底板，容器本体的四个侧面设置开孔，观测窗口安装在所述开孔位置，容器本体内部的上端安装冷凝组件，所述冷凝组件包括冷凝管和用于连接外部管路的两个接头。本发明可以模拟工业设备中的池式沸腾，对流体工质的流动与传热特性进行可视化研究，装置结构简单紧凑，可视化观测方便，研究工况范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种池式沸腾实验装置，尤其涉及一种全方位可视化池式沸腾实验装置。
背景技术
在能源工程行业，池式沸腾现象普遍存在。池式沸腾能够大幅提高池式加热工质的传热能力，因此对池式沸腾特性的认知有助于改善能源使用过程，提高利用效率，国内外许多学者对此做出了大量的研究。气泡的行为是池式沸腾研究的关键因素，而传统实验方法只能宏观上进行研究，不能研究气泡的微观行为。池式沸腾的研究中，气泡脱离加热面壁面的过程很重要，但传统池式沸腾采用金属加热的方法，实现与维持工质的沸腾。这类传统的实验存在一定局限性，例如研究气泡的生长过程需要在气泡背面进行观测，而金属加热面挡住了气泡背面，只能从加热壁面的上方对加热过程进行观测，不能直接观察气泡在与壁面接触面的行为，对实验研究带来很大不便。而且在这些实验中，通过热电偶测量温度则只能单点测量，不能获得全场的瞬时温度；通过光纤探针测量空泡份额也只能获得局部的空泡份额。针对这些弊端，近期有研究者应用了新的实验手段，如激光诱导荧光法测温，激光诊断的方法测量空泡份额。这些新的实验方法都采用了可视化的技术思想，需要运用可视化的实验装置。但是从目前已公开发表的资料来看，这些可视化装置大多只能实现特定面上的可视化观测，很难实现全方位的可视化。如谢建等《淹没微孔处气泡形成及运动特性特性》(中国工程热物理学会.学术会议论文)，就使用了可视化的实验装置，但由于加热面的遮挡，只能从侧面观测气泡的形成过程，不能够直接从气泡底面观测。沈雪松等《大孔径高气速单孔气泡形成》(化工学报.第59卷第9期.2008年9月)，也采用了可视化观测的方法，但是由于不能实现气泡底部观测，其观测效果也是受到了一定的限值。而且加热面的位置对汽泡产生有很大影响，有必要研究不同加热位置气泡的产生过程，因此有必要设计一种全方位可视化池式沸腾实验装置能够从各个角度，尤其是能够从底面对沸腾现象进行观测。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种结构简单紧凑、加工方便、能实现全方位可视化的全方位可视化池式沸腾实验装置
本发明的目的是这样实现的：包括观测容器、加热组件和冷凝组件，所述加热组件包括固定支架和安装在固定支架上的ITO加热玻璃，所述观测容器包括容器本体和观测窗口，容器本体包括四个侧面和容器底板，容器底板设置ITO加热玻璃安装孔，加热组件通过ITO加热玻璃安装孔安装在容器本体底部，加热组件外部固定安装容器底板，容器本体的四个侧面设置开孔，观测窗口安装在所述开孔位置，容器本体内部的上端安装冷凝组件，所述冷凝组件包括冷凝管和用于连接外部管路的两个接头。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.在所述容器本体的一个侧面上设置第二ITO加热玻璃安装孔，第二加热组件通过ITO加热玻璃安装孔安装在容器本体侧面。
2.在容器本体上部设置容器盖板，所述容器盖板上设置观测窗口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用ITO加热玻璃进行加热，加热组件透明，能够克服传统池式沸腾采用金属加热方法只能从加热壁面的上方对加热过程进行观测的不足，本发明提供的实验装置直接观察气泡在与壁面接触面的行为，便于对气泡行为的研究；本发明的加热组件设置在观测容器的底部及侧面，能够研究不同加热位置对池式沸腾的影响，加热面的位置对气泡产生有很大影响，一般现有技术提供的实验装置都是进行竖直方向的气泡的研究，如若要研究水平方向或其他位置的气泡行为，需要将实验装置进行倒置或侧放，加热线路也需要重新布置，本发明在观测容器的侧面设置了第二加热组件，能实现不同加热位置对气泡产生的影响；且在实验装置的各个表面设置了可视化观测窗口，能够实现实验流体的全方位观测；在实验装置的上端设置了容器盖板，能够避免易挥发的工质挥发对实验的影响；且本发明的结构简单紧凑，易于加工、安装与拆卸。
附图说明
图1是本发明的外观图；
图2是本发明的整体结构示意图；
图3是本发明观测容器的结构示意图；
图4是本发明加热组件的结构示意图；
图5是本发明冷凝组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施案例一：结合图1至图5，本发明包括观测容器1、加热组件2和冷凝组件3，所述加热组件2包括固定支架8和安装在固定支架8上的ITO加热玻璃7，ITO加热玻璃7可以实现和维持所研究工质的沸腾状态，且固定支架8将ITO加热玻璃7固定，里面包含有导线，导线与外部电路连接为ITO加热玻璃7提供加热电，以ITO加热玻璃7作为加热元件能够最大程度的对加热壁面的沸腾现象进行可视化研究，实现气泡生长过程的直接研究，能在气泡背面进行观测；所述观测容器1包括容器本体4和观测窗口5，容器本体4包括四个侧面和容器底板6，容器底板6设置ITO加热玻璃安装孔12，加热组件2通过ITO加热玻璃安装孔12安装在容器本体4底部，加热组件2外部固定安装容器底板6，容器本体4的四个侧面设置开孔，观测窗口5安装在所述开孔位置，也即本发明的观测窗口有多个，可以实现实验区域的全方位观测，能够获得完整的可视化信息；容器本体4内部的上端安装冷凝组件3，冷凝组件3能为实验装置提供冷却，所述冷凝组件3包括冷凝管9和用于连接外部管路的两个接头10，冷凝管9通过接头10与外部冷凝剂回路相连接，为装置内流体提供冷却，对实验装置进行冷却，防止超压。
实验所使用的测量组件包括热电偶和光纤探针，用以测量容器内部温度与空泡份额。在实验中，既可以采用传统方法，通过热电偶、光纤探针测量流体的温度与空泡份额，对实验装置进行初步标定，也可以采用激光诊断的方法，进行可视化实验，测量温度场与空泡份额。
实验时将各部分按照附图中所示结构进行连接安装，先将ITO加热玻璃7安装在所述固定支架8上，再将安装有ITO加热玻璃7的固定支架8整体安装在观测容器1的底部，将容器底板6安装在固定支架8的外部；将观测窗口5安装在观测容器1的其余侧表面上，实验时，将观测容器1内充水，利用加热组件2进行加热，即可实现池式沸腾；通过测量组件、高速摄影仪等可对加热组件2附近的沸腾行为进行可视化研究；同时冷凝组件3外接循环水，对实验装置进行冷却，防止超压。
实施案例二：根据实施案例一所述的全方位可视化池式沸腾实验装置，在所述容器本体4的侧面设置第二ITO加热玻璃安装孔13，第二加热组件通过ITO加热玻璃安装孔13安装在容器本体4侧面。也即本发明在观测容器1的底面和侧面分别设置了加热组件2，能够完成对加热面位置的不同对气泡产生的不同影响，也即能够研究不同加热位置气泡的产生过程，实现关于不同加热位置对池式沸腾的影响的研究。
实施案例三：根据实施案例一和实施案例二所述的全方位可视化池式沸腾实验装置，在容器本体4上部设置容器盖板11，所述容器盖板11上设置观测窗口5。这样不但可以实现对普通液体的池式沸腾的研究，针对部分易挥发的加热工质，如果没有容器盖板5，随着加热的进行工质会逐渐减少，对实验造成影响，设置容器盖板5后则可以避免这种影响。
Claims (1)
1.一种全方位可视化池式沸腾实验装置，包括观测容器、加热组件和冷凝组件，其特征在于：所述加热组件包括固定支架和安装在固定支架上的ITO加热玻璃，所述观测容器包括容器本体和观测窗口，容器本体包括四个侧面和容器底板，容器底板设置ITO加热玻璃安装孔，加热组件通过ITO加热玻璃安装孔安装在容器本体底部，加热组件外部固定安装容器底板，容器本体的四个侧面的中间位置设置开孔，观测窗口安装在所述开孔的位置，容器本体内部的上端安装冷凝组件，所述冷凝组件包括冷凝管和用于连接外部管路的两个接头，所述冷凝管的截面形状是M型，在所述容器本体的一个侧面上设置第二ITO加热玻璃安装孔，第二加热组件通过ITO加热玻璃安装孔安装在容器本体侧面，在容器本体上部设置容器盖板，所述容器盖板上设置观测窗口。
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