CN106768832B - 湍流实验平台 - Google Patents
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Abstract
一种湍流实验平台，包括：壳体；盖体；若干气体传输组件；若干线路连通组件，所述线路连通组件为所述腔体内提供线路通路，所述线路连通组件包括安装于壳体的线路固定接头，所述线路固定接头内部具有若干第一限位齿和第二限位齿，所述第一限位齿和第二限位齿共同限定延伸进腔室的线缆，所述第一限位齿和第二限位齿在固定接头的轴向的位置不同，所述第一限位齿和第二限位齿沿径向向固定接头的轴向延伸，所述第一限位齿与第二限位齿在轴向的投影至少有部分重叠。本申请的实验平台能够有效地进行封闭湍流对流实验。
Description
技术领域
本发明涉及凝聚态领域，尤其涉及一种湍流实验平台。
背景技术
作为科学问题的湍流，是科学家在1883年做了区分层流和湍流这两种不同形态流动的实验后确立的。湍流是流体的一种流动状态。当流体的流速增加到很大时，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合，从而形成湍流。
随着工程技术的进步，人们对湍流的认识取得了很大的进展。航空、航天、船舶、动力、水利、化工、海洋工程和气象等科学的进展都与湍流的认识密切相关。但是，人们对湍流的认识还很不全面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效地进行封闭湍流对流实验的平台。
为了解决上述问题，本发明提供了一种湍流实验平台，包括：壳体，所述壳体的端部具有开口；所述壳体靠近端部具有固定部；盖体，所述盖体用于密封所述开口；所述盖体通过连接轴和固定部可控地密封所述开口，其中，所述盖体设置为沿连接轴轴向转动，以开启或密封所述开口；所述壳体和盖体共同限定密闭腔体，其中所述腔体至少适于容纳湍流实验的设备；若干气体传输组件，所述气体传输组件连通所述腔体且设置于壳体表面，所述气体传输组件适于为所述腔体进气和/或排气提供通路，从而控制所述腔体内的压力；至少一个的液体输送组件，所述液体输送组件连通所述腔体且设置于壳体表面，所述液体输送组件适于为所述腔体输送液体提供通路；若干线路连通组件，所述线路连通组件为所述腔体内提供线路通路，所述线路连通组件包括安装于壳体的线路固定接头，所述线路固定接头内部具有若干第一限位齿和第二限位齿，所述第一限位齿和第二限位齿共同限定延伸进腔室的线缆，所述第一限位齿和第二限位齿在固定接头的轴向的位置不同，所述第一限位齿和第二限位齿沿径向向固定接头的轴向延伸，所述第一限位齿与第二限位齿在轴向的投影至少有部分重叠。
可选的，线路固定接头包括腔室固定部和与腔室固定部配合的线缆导进部。
可选的，腔室固定部具有若干第一限位齿和第二限位齿。
可选的，腔室固定部的第一限位齿与腔室固定部的轴向具有第一夹角。
可选的，腔室固定部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第二夹角，其中第一夹角和第二夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相对。
可选的，腔室固定部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第二夹角，其中第一夹角和第二夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相离。
可选的，所述线缆导进部具有若干第一限位齿和第二限位齿。
可选的，所述线缆导进部的第一限位齿与腔室固定部的轴向具有第三夹角，所述线缆导进部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第四夹角，其中第三夹角和第四夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相对。
可选的，所述线缆导进部的第一限位齿与腔室固定部的轴向具有第三夹角，所述线缆导进部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第四夹角，其中第三夹角和第四夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相离。
可选的，所述线路为供电线路、传输线路或通信线路。
本发明提供的湍流对流实验平台能够有效地进行封闭湍流对流实验。
附图说明
图1为盖体打开的封闭湍流对流实验的平台示意图；
图2为盖体封闭的封闭湍流对流实验的平台示意图；
图3为一实施例的线路固定接头的结构分解图；
图4是省略了第一限位齿的夹紧圈示意图；
图5是省略了第二限位齿的夹紧圈示意图；
图6是同时示出第一限位齿和第二限位齿的夹紧圈示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，湍流的认识关系到航空、航天、船舶、动力、水利、化工、海洋工程和气象等科学的进展。但是，现在尚无一种有效的实验平台能够提供封闭的湍流对流实验。
湍流最核心的因素之一就是对流换热。对流换热是指流体各部分之间发生相对移动，依靠冷热流体互相掺混合移动所引起的热传递方式。对流换热涉及很多领域。例如，日常生活中的大自然现象(大气对流、地幔对流等)，生活中的电脑CPU散热，核电站的冷却塔冷却等，上述的例子都涉及对流换热。因此，对流换热是现在研究的一个重点方向。
在对流系统中，描述热驱动力大小的是无量纲参数瑞利数Ra。瑞利数Ra越大，对流系统的湍流度越高，系统换热能力越强。受限于对流流体的物理性质和对流系统的实际尺寸，现在的实验系统尚难实现较大的变化范围的瑞利数Ra。
为此，本发明的发明人提出一种有效地进行封闭湍流对流实验的平台，能够实现瑞利数Ra的变化范围为40000倍。
在一些实施例中，请参考图1和2，其中图1为盖体打开的封闭湍流对流实验的平台示意图；图2为盖体封闭的封闭湍流对流实验的平台示意图。
如图所示，封闭湍流对流实验的平台100包括：壳体101。
所述壳体101材料为耐高温，防腐且防磨损的材料。在一些实施例中，所述壳体的材料为屈服强度小于等于345MPa的合金钢材。作为一些实施例，所述合金钢材的杂质为碳质量百分比小于等于0.2，锰质量百分比小于等于1.7，硅质量百分比小于等于0.5，磷质量百分比小于等于0.035，硫质量百分比小于等于0.035；作为一些实施例，所述合金钢材的杂质为碳质量百分比小于等于0.15，锰质量百分比小于等于1.6，硅质量百分比小于等于0.5，磷质量百分比小于等于0.035，硫质量百分比小于等于0.025。
所述壳体101的形状可以为正方体、长方体、圆筒状或其他形状。所述壳体101的一端具有开口，所述开口用于将工作的设备放入压力容器中另外也更方便人观察压力容器内部环境及布置情况。
在一些实施例中，所述壳体101仅在一端有开口。在另一些实施例中，所述壳体101在相对的两端都有开口。
为了能够密闭开口，所述壳体101在靠近端部的位置具有固定部。所述固定部可以为枢轴，以便于将盖体连接于壳体101上。
连接在固定部上的盖体102，所述盖体102的大小与开口的大小匹配。较优地，所述盖体102的大小略大于开口。所述盖体102通过连接轴和固定部可控地密封所述开口，其中，所述盖体102设置为沿连接轴轴向转动，以开启或密封所述开口；所述壳体101和盖体102共同限定密闭腔体，其中所述腔体至少适于容纳湍流实验的设备。
需要说明的是，为了保证腔体的密封特性，以提高瑞利数Ra的变化范围，盖体102的边缘的一周设置有与腔体螺栓或铆钉固定连接孔，在后续进行湍流实验之前，可以通过转轴合上盖体102，然后通过螺栓或铆钉将盖体102与壳体101固定。为了提高密闭性，盖体的内侧可以设置有垫圈或垫片；在其他的实施例中，壳体101的端部可以设置有垫圈或垫片。在一些实施例中，盖体102的垫圈或垫片具有沿轴向向壳体延伸的凸缘；在一些实施例中，壳体101的垫圈或垫片具有沿轴向向盖体延伸的凸缘；作为一些优选例，盖体102的垫圈或垫片具有若干沿轴向向壳体延伸的凸缘，壳体101的垫圈或垫片具有若干沿轴向向盖体延伸的凸缘，其中盖体102垫圈或垫片的凸缘的位置与壳体101垫圈或垫片的凸缘的位置错开，从而能够提高密闭性的同时，降低施加在垫圈或垫片上的应力，以提高器件使用寿命。
在一些实施例中，为了便于开关盖体102，可以在盖体102的外侧设置把手。
在一些实施例中，盖体102的形状为圆形、方形或者其他形状。
本申请的封闭湍流对流实验的平台100还包括：若干气体传输组件103，所述气体传输组件103连通所述腔体且设置于壳体101表面，所述气体传输组件103适于为所述腔体进气和/或排气提供通路，从而控制所述腔体内的压力。
在一些实施例中，气体传输组件103可以为法兰。所述气体传输组件103设置在壳体的上侧。
在本实施例中，气体传输组件103包括进气通路和排气通路。其中，进气通路连接气源，以控制腔体内的压力。作为一些实施例，所述气源选用SF6。排气通路可以连接排气泵，用于在实验之后对腔体进行排气。
所述封闭湍流对流实验的平台100还包括：至少一个的液体输送组件104，所述液体输送组件104连通所述腔体且设置于壳体表面，所述液体输送组件104适于为所述腔体输送液体提供通路。所述液体可以为水、乙醇、丙酮或者其他的工作液体。
作为一些实施例，所述壳体101的底部还设置有排水口，用于在实验之后，排空腔体内的液体。
所述实验平台100还包括若干线路连通组件105，所述线路连通组件105为所述腔体内提供线路通路。
所述线路通路可以为供电线路、传输线路或通信线路，例如电缆、电线或光纤提供通路，以实现对腔体内部实现供电、供能以及数据交换。
在一些实施例中，所述线路连通组件105包括安装于壳体的线路固定接头，所述线路固定接头一端连接在壳体上，例如通过螺纹固定在贯穿壳体的通孔内。
所述线路固定接头内部具有若干第一限位齿和第二限位齿，所述第一限位齿和第二限位齿共同限定延伸进腔室的线缆，所述第一限位齿和第二限位齿在固定接头的轴向的位置不同，所述第一限位齿和第二限位齿沿径向向固定接头的轴向延伸，所述第一限位齿与第二限位齿在轴向的投影至少有部分重叠。上述的设置能够使得保证线缆通入到腔体的同时，又不会破坏腔体的密闭性。
做为一些实施例，请参考图3，所述线路固定接头200可以为防爆格兰头。所述第一限位齿和第二限位齿设置在防爆格兰头的内部，作为一些实施例，所述第一限位齿和第二限位齿轴向的间距为1-3毫米。
在一些实施例中，所述线路固定接头200包括：第一螺帽201，垫片202，本体203，夹紧圈204，夹紧爪205，以及第二螺帽206。
其中本体203为一中空管状体，本体204的两端的管状表面上设置有螺纹，其中本体204的一端的螺纹与第一螺帽201和壳体101表面的进口的螺纹对应，以响应的紧固在壳体101表面；本体203的另一端适于装配夹紧圈204和夹紧爪205，以固定电缆、电线或光纤。第二螺帽206装配于本体的另一端的表面的螺纹上，以紧固夹紧圈204和夹紧爪205。在一些实施例中，还可以在第一螺帽201和本体203之间设置垫片202，以密闭第一螺帽201和本体203。
在一些实施例中，可以在夹紧圈204内设置第一限位齿和第二限位齿，请参考图4、图5和图6，其中，图4是省略了第一限位齿的示意图，图5是省略了第二限位齿的示意图，图6是同时示出第一限位齿和第二限位齿的示意图，其中图6中第一限位齿用实线表示，第二限位齿用虚线表示。
所述第一限位齿205和第二限位齿206设置在夹紧圈204的内表面，所述第一限位齿205和第二限位齿206沿径向向夹紧圈204的轴向延伸，所述第一限位齿205与第二限位齿206在轴向的投影至少有部分重叠。
在一些实施例中，线路固定接头包括腔室固定部和与腔室固定部配合的线缆导进部，腔室固定部具有若干第一限位齿和第二限位齿。在一些实施例中，所述腔室固定部可以为本体203与壳体101紧固的一端。腔室固定部的第一限位齿与腔室固定部的轴向具有第一夹角。腔室固定部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第二夹角，其中第一夹角和第二夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相对。从而能够在更佳的紧固线缆的同时且密封腔室。
在另一些实施例中，腔室固定部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第二夹角，其中第一夹角和第二夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相离。从而能够在更佳的紧固线缆的同时且密封腔室。
在一些实施例中，所述线缆导进部具有若干第一限位齿和第二限位齿。所述线路导进部可以为夹紧圈204。
所述线缆导进部的第一限位齿与腔室固定部的轴向具有第三夹角，所述线缆导进部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第四夹角，其中第三夹角和第四夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相对。
在另一些实施例中，所述线缆导进部的第一限位齿与腔室固定部的轴向具有第三夹角，所述线缆导进部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第四夹角，其中第三夹角和第四夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相离。
采用本申请的实验平台，瑞利数Ra可以由下面的方程确定：
Ra＝αgH3ΔT/υκ
其中，g是重力系数，υ是腔体内流体的粘滞系数，α是腔体内流体的热膨胀系数，κ是腔体内流体的热扩散系数，ΔT是腔体内上下的温度差，H是腔体的几何参数。
受限于对流流体的物理性质和对流系统的实际尺寸，ΔT和H的数值有限且变化范围不大。而在本实施例中，υ和κ正比于工作流体的密度ρ，而气体的密度正比于压强。因此以SF6气体对流系统为例，Ra数最高可以高达1014，且完全由气体的压强控制，整个过程无需过高的温度或者改变对流实验系统的物理尺寸。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种湍流实验平台，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体的端部具有开口；所述壳体靠近端部具有固定部；
盖体，所述盖体用于密封所述开口；所述盖体通过连接轴和固定部可控地密封所述开口，其中，所述盖体设置为沿连接轴轴向转动，以开启或密封所述开口；所述壳体和盖体共同限定密闭腔体，其中所述腔体至少适于容纳湍流实验的设备；
若干气体传输组件，所述气体传输组件连通所述腔体且设置于壳体表面，所述气体传输组件适于为所述腔体进气和/或排气提供通路，从而控制所述腔体内的压力；
至少一个的液体输送组件，所述液体输送组件连通所述腔体且设置于壳体表面，所述液体输送组件适于为所述腔体输送液体提供通路；
若干线路连通组件，所述线路连通组件为所述腔体内提供线路通路，所述线路连通组件包括安装于壳体的线路固定接头，所述线路固定接头内部具有若干第一限位齿和第二限位齿，所述第一限位齿和第二限位齿共同限定延伸进腔室的线缆，所述第一限位齿和第二限位齿在固定接头的轴向的位置不同，所述第一限位齿和第二限位齿沿径向向固定接头的轴向延伸，所述第一限位齿与第二限位齿在轴向的投影至少有部分重叠。
2.如权利要求1所述的湍流实验平台，其特征在于，线路固定接头包括腔室固定部和与腔室固定部配合的线缆导进部。
3.如权利要求2所述的湍流实验平台，其特征在于，腔室固定部具有若干第一限位齿和第二限位齿。
4.如权利要求3所述的湍流实验平台，其特征在于，腔室固定部的第一限位齿与腔室固定部的轴向具有第一夹角。
5.如权利要求3所述的湍流实验平台，其特征在于，腔室固定部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第二夹角，其中第一夹角和第二夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相对。
6.如权利要求3所述的湍流实验平台，其特征在于，腔室固定部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第二夹角，其中第一夹角和第二夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相离。
7.如权利要求3所述的湍流实验平台，其特征在于，所述线缆导进部具有若干第一限位齿和第二限位齿。
8.如权利要求7所述的湍流实验平台，其特征在于，所述线缆导进部的第一限位齿与腔室固定部的轴向具有第三夹角，所述线缆导进部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第四夹角，其中第三夹角和第四夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相对。
9.如权利要求7所述的湍流实验平台，其特征在于，所述线缆导进部的第一限位齿与腔室固定部的轴向具有第三夹角，所述线缆导进部的第二限位齿与腔室固定部的轴向具有第四夹角，其中第三夹角和第四夹角的设置使得第一限位齿和第二限位齿相对于径向相离。
10.如权利要求1所述的湍流实验平台，其特征在于，所述线路为供电线路、传输线路或通信线路。
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