CN104368407B - 多面可视化流动加热实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种多面可视化流动加热实验装置，包括观测段、通过法兰盘与观测段两端连接的入口接头和出口接头，入口接头和出口接头分别和外部实验回路连接，所述观测段的截面形状是方形，且观测段包括观测段本体、安装在观测段本体四个面上的ITO加热玻璃和安装在ITO加热玻璃外面的观测窗口，观测段本体设置和外部电路连接的导线孔。本发明可以模拟工业设备中的流动加热，从而对流体工质的流动与传热特性进行可视化研究，且结构简单紧凑，可视化观测方便，研究工况范围广。

Description

多面可视化流动加热实验装置

技术领域

本发明涉及一种流动加热实验装置，尤其涉及一种多面可视化流动加热实验装置。

背景技术

现代工业的发展离不开对能源的需求，在总能源储量一定的前提下，能源的利用效率就显得至关重要。而对流体工质流动换热规律的认知有助于改善能源使用过程，提高利用效率，因此国内外许多学者对此做出了大量的研究。在传统的实验研究中一般采用金属加热器进行加热，用热电偶与流量计测量温度与流量，从而进行进一步分析。这类传统的实验存在一定局限性，例如通过流量计测量流速，只能获得整体平均速度，不能测得局部流速；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；而利用压差计对两相流的研究则只能获得统计性的信息，不能获取特定气泡的信息。且通道尺寸较小时，传统测量装置的引入会影响到流道内的流动及换热过程。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，PIV测速，高速摄影仪测量空泡份额。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。进行激光诊断方法测温测速时，实验段的透光性很重要。传统的加热方法，由于加热面是金属，不透光。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。例如王畅的《窄通道内层流-紊流转捩区流动与传热特性分析》(哈尔滨工程大学学报.第33卷第4期.2012年4月)，使用了可视化流迹显示技术，但由于加热面的遮挡，观测只能从非加热面进行，因此其研究有一定的局限性。孙立成在《竖直环形流道内流动沸腾传热研究》(哈尔滨工程大学学报.第32卷第5期.2011年5月)中，也进行了可视化观测实验，为了避免不透明加热棒对观测的影响，作者采用了冷热水反向流动加热的加热形式；虽然这种加热方式能够实现全方位的可视化观测，但其加热的热流密度不均匀，不能对定热流密度的实验工况进行研究。为了实现多面可视化流动加热，需设计一种新的实验装置，以满足实验研究要求。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种能实现全方位可视化、研究工况范围广的多面可视化流动加热实验装置。

本发明的目的是这样实现的：包括观测段、通过法兰盘与观测段两端连接的入口接头和出口接头，入口接头和出口接头分别和外部实验回路连接，所述观测段的截面形状是方形，且观测段包括观测段本体、安装在观测段本体四个面上的ITO加热玻璃和安装在ITO加热玻璃外面的观测窗口，观测段本体设置和外部电路连接的导线孔。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.在入口接头和观测段之间设置入口段，入口段的一端通过法兰盘与入口接头连接、另一端与观测段的一端通过法兰盘固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的观测段采用方形结构，区别于现有的圆形结构，方形结构更容易实现可视化，且在观测段的四个外表面都设置了可视化观测窗口，能实现实验流体的全方位可视化观测。本发明采用了ITO加热玻璃的加热方式，区别与现有的金属加热方式，使用ITO加热玻璃更加有利于可视化，而且在线路是连接在观测段的两端，不会影响装置的可视化，且本发明在观测段与入口接头之间设置入口段，因为入口段效应对流动传热影响很大，在实验研究中则需要消除入口段的影响，本发明设置的入口段则可避免入口段效应，而且入口段通过法兰盘与观测段连接，针对不同的流动工况时，可以方便更换不同长度的入口段。本发明的实验装置与外部实验回路用可拆卸的入口接头和出口接头连接，易拆卸，本发明的结构简单紧凑，易加工。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的观测段示意图；

图3是本发明的入口段示意图；

图4是本发明中进出口接头示意图。

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、图2和图4，本发明包括观测段1、与观测段1一端连接的入口接头31和与观测段1另一端连接的出口接头32，且观测段两端设置法兰盘，出口接头32和入口接头31也都设置法兰盘，则通过法兰盘的连接实现观测段1与入口接头31和出口接头32的固定连接，入口接头31和出口接头32分别和外部实验回路连接，本发明的入口接头31和出口接头32是由法兰盘与有机玻璃管粘接而成，且与装置主体用法兰连接，易拆卸，可根据外部实验管道尺寸的不同而选择不同的接头，更换方便。所述观测段1的截面形状是方形，和圆形结构相比，方形结构更易于实现可视化，且观测段1包括观测段本体5、安装在观测段本体5四个面上的ITO加热玻璃7和安装在ITO加热玻璃7外面的观测窗口6，观测段本体5设置和外部电路连接的导线孔8，通过设置的导线孔8可以实现与外部电路的连接，且外部电路设置在观测段的两端，不会影响观测的可视化。实验时将各部分按照附图1中所示结构将各部分用螺丝拼接，即可完成本装置的安装，流体入口接头31流入，流入观测段1后在观测段1内加热，同时运用可视化观测技术对观测段1内的加热流动进行研究。

实施案列二：根据实施案列一所述的一种多面可视化流动加热实验装置，并结合图3，在入口接头31和观测段1之间设置入口段2，入口段2的一端通过法兰盘与入口接头31连接、另一端与观测段1的一端通过法兰盘固定连接。则流体入口接头31流入；在入口段2发展成充分发展流动，再流入观测段1后在观测段1内加热，同时运用可视化观测技术对观测段1内的加热流动进行研究，因为入口段效应对流动传热影响很大，且在不同流动工况下，在实验研究中需要消除入口段的影响，而本发明设置的入口段2的作用是消除入口段效应，减小入口段效应对实验的影响，使得实验的精准性好，而且本发明不直接在入口段中进行加热，对耐热性要求较低，则入口段由有机玻璃粘接而成，而且入口段通过法兰盘与观测段连接，针对不同的流动工况时，可以方便更换不同长度的入口段。

本发明在组装观测段时，先将ITO加热玻璃7粘接在观测段本体5的四个面上，再将观测窗口6粘接在ITO加热玻璃7上，最后通过导线孔8将电路连接。

通过将本发明所提供的多面可视化流动加热实验装置接入实验回路，既可以采用传统方法，通过流量计、热电偶测量流体的流量与温度；也可以采用PIV、激光诱导荧光法等方法，进行可视化实验，测量速度场与温度场；还可以通过高速摄影仪对流道内的流体进行拍摄，进行气泡的行为等的观测研究。

Claims (2)

1.一种多面可视化流动加热实验装置，包括观测段、通过法兰盘与观测段两端连接的入口接头和出口接头，入口接头和出口接头分别和外部实验回路连接，其特征在于：所述观测段的截面形状是方形，且观测段包括观测段本体、安装在观测段本体四个面上的ITO加热玻璃和安装在ITO加热玻璃外面的观测窗口，观测段本体设置和外部电路连接的导线孔。

2.根据权利要求1所述的多面可视化流动加热实验装置，其特征在于：在入口接头和观测段之间设置入口段，入口段的一端通过法兰盘与入口接头连接、另一端与观测段的一端通过法兰盘固定连接。