CN107247067B - 一种微通道相变传热实验台和测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微通道相变传热实验台，包括：基座，其上设置有凹槽，所述凹槽两端高于凹槽中心形成第一凸台和第二凸台；通道，其嵌入所述基座凹槽中心，环绕所述微通道在凹槽底面、第一凸台和第二凸台相对的侧面和顶面设置有第一矩形凹槽环；测温孔，其在竖直方向按照温度梯度和在水平方向按照等间距设置所述基座侧面上；透明盖板，其面向所述凹槽一侧形状与所述基座凹槽严密配合，其上设置有与所述第一矩形凹槽环对应的第二矩形凹槽环，所述矩形凹槽环内设置有垫片。本发明的实验台，通道密封严密，制冷剂相变过程中流体变化稳定且可视；在竖直方向按照温度梯度和在水平方向等间距设置有测温孔，避免热传递的途径被阻断，测试结果更准确。

Description

一种微通道相变传热实验台和测试平台

技术领域

本发明涉及微通道相变传热特性技术领域，更具体的是，本发明涉及一种微通道相变传热实验台和测试平台。

背景技术

微通道在现代科技微细化进程中扮演重要角色,对于认识微观结构的热质传递机理有着创新性的学术意义和应用价值。微通道换热器的应用比较广泛，可用于微热管、电子芯片散热、二氧化碳制冷系统、传感器冷却、航空航天、二极管激光束、化学反应器等领域，因此微通道中冷凝的研究具有重要价值和意义。近年来，国内外学者研究了水在硅微通道内层流强制对流，水在梯形硅微通道的换热特性等，在微通道内对水的研究较多，而对制冷剂的研究相对较少，制冷剂相对于水更容易泄露，密封较为困难；传统测温过程中，在微通道内部设置有测温点，其存在会导致热传递的途径被阻断，影响测试结果；并且制冷剂在相变过程中，流体变化不稳定，测定的相变换热特性参数误差较大；目前所用测试系统在测试过程中，很难控制制冷剂的流量和状态，不能保证在制冷制流入微通道相变传热实验台入口时的状态具有初始状态且相对稳定，使得实验结果误差较大。

发明内容

本发明的一个目的是设计开发了一种微通道相变传热实验台，能够将制冷剂严格密封在通道中，使得相变过程更稳定，测得参数更准确；沿基座长度方向的基座侧面上在竖直方向按照温度梯度和在水平方向按照等间距设置有测温孔，避免微通道内部设置测温点使热传递途径被阻断。

本发明的另一个目的是设计开发了一种微通道相变传热测试平台，能够准确控制微通道相变传热实验台中制冷剂的流量和状态，保证制冷剂在微通道入口的状态参数相对稳定，使流体在进入微通道相变传热实验台时具有初始状态，提高测试精度。

本发明提供的技术方案为：

一种微通道相变传热实验台，包括：

基座，其上设置有长方形凹槽；

第一凸台和第二凸台，其从所述凹槽的底面向上延伸，所述第一凸台和第二凸台的上表面低于所述凹槽的上表面；

通道，其沿着所述凹槽的轴向设置所述凹槽中心，用于流通制冷剂；

第一矩形凹槽环，其设置在所述凹槽底面、第一凸台和第二凸台相对的侧面和顶面；

多个位置测温孔，其在竖直方向按照温度梯度和在水平方向按照等间距设置所述基座侧面上；

透明盖板，其为中部矩形凸起的长方体；所述透明盖板扣合在所述基座上时，所述中部矩形凸起的表面接触所述凹槽底面，所述长方体的位于中部矩形凸起两侧的表面接触第一凸台和第二凸台的上表面；

第二凹槽环，其设置所述透明盖板的下表面；当扣合时，其能够和所述第一凹槽环位置对应；

垫片，其设置在所述第一凹槽环和第二凹槽环扣合一起形成的空间中；

其中，所述通道位于所述第一矩形凹槽环的中间位置。

优选的是，所述玻璃盖板沿长度方向两侧等距设置有第一过孔，所述凹槽两侧设置有与第一过孔对应的第二过孔，所述第一过孔和第二过孔配合连接。

优选的是，还包括：

加热板，其设置在所述基座下方，用于加热所述通道；

温度传感器，其设置在所述测温孔处。

优选的是，还包括：

入口，其设置在所述基座一端侧面上，与所述通道一端连通；

出口，其设置在所述基座另一端侧面上，与所述通道另一端连通；

第一连接孔，其设置在所述基座一端，与所述入口和通道连接处垂直连通；

第二连接孔，其设置在所述基座另一端，与所述出口和通道连接处垂直连通。

优选的是，还包括：

第一温度/压力传感器，其设置在所述第一连接孔处；

第二温度/压力传感器，其设置在所述第二连接孔处。

优选的是，还包括高清高速摄像机，其设置在所述基座侧面，用于通过所述透明盖板记录所述通道内物质变化。

优选的是，所述基座另一侧面上方面向所述摄像机并与所述侧面呈45^o角设置有镜面，其与所述摄像机摄像方向垂直。

优选的是，所述通道为矩形。

优选的是，所述基座为铝合金；所述加热板为薄膜加热板。

相应地，本发明还提供一种微通道相变传热测试平台，包括：

上述微通道相变传热实验台，与其并联设置有蒸发器；

制冷系统，其与所述微通道相变传热实验台和蒸发器并联处连接；

控制器，其与所述微通道相变传热实验台连接，用于接收温度和压力信号并分析。

本发明至少具备以下有益效果：

(1)本发明所述的微通道相变传热实验台，通过环绕所述通道在凹槽底面、第一凸台和第二凸台相对的侧面和顶面设置有第一矩形凹槽环以及在透明盖板面向微通道一侧设置与第一矩形凹槽环对应的第二矩形凹槽环，并放置垫片，使得通道密封更加严密，既能使微通道内受热均匀，避免热量流失，还能够将制冷剂更加严密的密封在微通道中，使得制冷剂相变过程中流体变化稳定；同时，在沿基座长度方向的基座侧面上，在竖直方向按照温度梯度和在水平方向按照等间距设置有测温孔，无需在通道内部设置测温点，避免热传递的途径被阻断，保证测试结果更准确。

(2)本发明所述的微通道相变传热测试平台，能够准确控制微通道相变传热实验台中制冷剂的流量和状态，保证制冷剂在微通道入口的状态参数相对稳定，使流体在进入微通道相变传热实验台时具有初始状态，提高测试精度。

附图说明

图1为本发明所述微通道相变传热实验台的结构示意图。

图2为本发明所述基座的结构示意图。

图3为本发明所述微通道的放大示意图。

图4为本发明所述透明盖板的结构示意图。

图5为本发明所述基座的俯视结构示意图。

图6为图5中A-A向剖面示意图。

图7为本发明所述微通道相变传热测试平台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明可以有许多不同的形式实施，而不应该理解为限于再次阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的。在附图中，为了清晰起见，会夸大结构和区域的尺寸和相对尺寸。

如图1-6所示，本发明提供一种微通道相变传热实验台100，包括：基座110，其上设置有长方形凹槽；第一凸台112和第二凸台113，其从所述凹槽的底面向上延伸，所述第一凸台112和第二凸台113的上表面低于所述凹槽的上表面；通道120，其沿着所述凹槽的轴向设置所述凹槽中心，用于流通制冷剂；第一矩形凹槽环111，其设置在所述凹槽底面、第一凸台112和第二凸台113相对的侧面和顶面；多个位置测温孔130，其在竖直方向按照温度梯度和在水平方向按照等间距设置所述基座110侧面上；透明盖板140，其为中部矩形凸起的长方体；所述透明盖板扣合在所述基座110上时，所述中部矩形凸起的表面接触所述凹槽底面，所述长方体的位于中部矩形凸起两侧的表面接触第一凸台112和第二凸台113的上表面；第二凹槽环141，其设置所述透明盖板140的下表面；当扣合时，其能够和所述第一凹槽环111位置对应；垫片142，其设置在所述第一凹槽环和第二凹槽环扣合一起形成的空间中；其中，所述通道120位于所述第一矩形凹槽环111的中间位置。所述玻璃盖板140沿长度方向两侧等距设置有第一过孔143，所述凹槽两侧设置有与第一过孔143对应的第二过孔144，所述第一过孔143和第二过孔144配合连接。本实施例中，还包括：加热板150，其设置在所述基座110下方，用于加热所述通道120；温度传感器131，其设置在所述测温孔处。入口121，其设置在所述基座110一端侧面上，与所述通道120一端连通；出口122，其设置在所述基座110另一端侧面上，与所述通道120另一端连通；第一连接孔123，其设置在所述基座110一端，与所述入口121和通道120连接处垂直连通，其上设置有第一温度/压力传感器125；第二连接孔124，其设置在所述基座110另一端，与所述出口122和通道120连接处垂直连通，其上设置有第二温度/压力传感器126。还包括高清高速摄像机(图中未示出)，其设置在所述基座110侧面，用于通过所述透明盖板140记录所述微通道120内物质变化。所述基座110另一侧面上方面向所述摄像机并与所述侧面呈45^o角设置有镜面，其与所述摄像机摄像方向垂直，用于辅助摄像机同时观察顶面和侧面的可视化视图。所述通道120为矩形，应当理解的是，所述通道120的结构并不限于是矩形，只要能满足要求其可。所述基座110为铝合金，铝合金制作成本较低，性价比高，工艺较成熟，具有高产能；铝合金的导热、散热性能好；铝合金的耐氧化、耐腐蚀性能好，遇到空气中的氧，能够生成一层耐腐蚀的氧化膜，不但不影响散热还提高了散热片环境适应能力；铝制散热片密度较小，相同体积质量较轻；铝合金的熔点为660℃，也可以满足实验要求。所述加热板150为薄膜加热板，通过调压器可以更好的控制加热功率。

本发明所述的微通道相变传热实验台，通过环绕所述通道在凹槽底面、第一凸台和第二凸台相对的侧面和顶面设置有第一矩形凹槽环以及在透明盖板面向微通道一侧设置与第一矩形凹槽环对应的第二矩形凹槽环，并放置垫片，使得通道密封更加严密，既能使通道内受热均匀，避免热量流失，还能够将制冷剂更加严密的密封在微通道中，使得制冷剂相变过程中流体变化稳定，测得制冷剂的相变传热参数更准确；同时，在沿基座长度方向的基座侧面上，在竖直方向按照温度梯度和在水平方向按照等间距设置有测温孔，无需在通道内部设置测温点，避免热传递的途径被阻断，在所述基座一侧设置有高清高速摄像机，同时设置有镜面，辅助摄像机通过透明盖板同时观察顶面和侧面的可视化视图；所述基座为铝合金，导热效果更好；所述加热板为薄膜加热板，使得加热功率可控，保证测试结果更准确。

如图7所示，本发明还提供一种微通道相变传热测试平台，包括：微通道相变传热实验台100，与其并联设置有蒸发器200；制冷系统300，其与所述微通道相变传热实验台100和蒸发器200并联处连接；控制器400，其与所述微通道相变传热实验台100连接，用于接收温度和压力信号并分析。所述制冷系统300包括变频压缩机310、冷凝器320、储液干燥器330和过滤器340依次连接至所述微通道相变传热实验台100和蒸发器200并联入口处，其并联出口处连接有气液分离器350，所述气液分离器350与所述变频压缩机310连接，形成循环制冷系统。所述微通道相变传热实验台100入口处连接有电子流量阀160和流量计170；所述蒸发器200入口处连接有电子流量阀210。

工作原理为：经压缩机310压缩后的高温高压气态制冷剂进入冷凝器320，从冷凝器320出来的高温高压液态制冷剂依次通过储液干燥器330和过滤器340，此后制冷剂开始分流，形成两个回路，一部分制冷剂经过电子膨胀阀210变成低压低温的制冷剂，进入蒸发器200，制冷剂吸收空气的热量变成低压过热蒸汽；另一部分在电子膨胀阀160的作用下变成低温低压的液体，流入微通道相变传热实验台100，由薄膜加热板150加热达到沸腾进行可视化实验，安装在实验台100上的温度和压力传感器信号被传输到控制器400，控制器400接收温度和压力信息并分析，从而得到制冷剂相变传热特性参数，同时，通过高清高速摄像机180经透明盖板140观察并记录制冷剂在矩形微通道120中的强化传热及相变过程。之后，从微通道相变传热实验台100和蒸发器200流出的气体进入气液分离器350，最后液态制冷剂被储存在气液分离器350中，气态制冷剂回到压缩机310。

测试方法，包括以下步骤：

步骤1：开启加热板，控制加热功率为预定值，待所述微通道出、入口压力和温度稳定后进行数据采集；

步骤2：保持制冷剂流量不变，采用不同加热功率，待系统稳定后进行数据采集；

步骤3：保持蒸发器压力不变，增大制冷剂流量，采用不同加热功率，待系统稳定后进行数据采集；

步骤4：改变系统饱和压力，重复步骤1-3。

在开启加热板前，调节所述通道相变传热实验台入口处和蒸发器入口处的电子流量阀，使其流量和蒸发压力达到要求值。

本发明所述的微通道相变传热测试平台，够准确控制微通道相变传热实验台中制冷剂的流量和状态，保证制冷剂在微通道入口的状态参数相对稳定，使流体在进入微通道相变传热实验台时具有初始状态，能够准确测试得到制冷剂的相变传热特性参数。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种微通道相变传热实验台，其特征在于，包括：

基座，其上设置有长方形凹槽；

第一凸台和第二凸台，其从所述凹槽的底面向上延伸，所述第一凸台和第二凸台的上表面低于所述凹槽的上表面；

通道，其沿着所述凹槽的轴向设置所述凹槽中心，用于流通制冷剂；

第一矩形凹槽环，其设置在所述凹槽底面、第一凸台和第二凸台相对的侧面和顶面；

多个位置测温孔，其在竖直方向按照温度梯度和在水平方向按照等间距设置所述基座侧面上；

透明盖板，其为中部矩形凸起的长方体；所述透明盖板扣合在所述基座上时，所述中部矩形凸起的表面接触所述凹槽底面，所述长方体的位于中部矩形凸起两侧的表面接触第一凸台和第二凸台的上表面；

第二凹槽环，其设置所述透明盖板的下表面；当扣合时，其能够和所述第一矩形凹槽环位置对应；

垫片，其设置在所述第一矩形凹槽环和第二凹槽环扣合一起形成的空间中；

加热板，其设置在所述基座下方，用于加热所述通道；

温度传感器，其设置在所述测温孔处；

其中，所述通道位于所述第一矩形凹槽环的中间位置，所述透明盖板沿长度方向两侧等距设置有第一过孔，所述凹槽两侧设置有与第一过孔对应的第二过孔，所述第一过孔和第二过孔配合连接。

2.如权利要求1所述的微通道相变传热实验台，其特征在于，还包括：

入口，其设置在所述基座一端侧面上，与所述通道一端连通；

出口，其设置在所述基座另一端侧面上，与所述通道另一端连通；

第一连接孔，其设置在所述基座一端，与所述入口和通道连接处垂直连通；

第二连接孔，其设置在所述基座另一端，与所述出口和通道连接处垂直连通。

3.如权利要求2所述的微通道相变传热实验台，其特征在于，还包括：

第一温度/压力传感器，其设置在所述第一连接孔处；

第二温度/压力传感器，其设置在所述第二连接孔处。

4.如权利要求1所述的微通道相变传热实验台，其特征在于，还包括高清高速摄像机，其设置在所述基座侧面，用于通过所述透明盖板记录所述通道内物质变化。

5.如权利要求4所述的微通道相变传热实验台，其特征在于，所述基座另一侧面上方面向所述摄像机并与所述侧面呈45°角设置有镜面，其与所述摄像机摄像方向垂直。

6.如权利要求1所述的微通道相变传热实验台，其特征在于，所述通道为矩形。

7.如权利要求1所述的微通道相变传热实验台，其特征在于，所述基座为铝合金；所述加热板为薄膜加热板。

8.一种微通道相变传热测试平台，其特征在于，包括：

权利要求1-7任意一项所述的微通道相变传热实验台，与其并联设置有蒸发器；

制冷系统，其与所述微通道相变传热实验台和蒸发器并联处连接；

控制器，其与所述微通道相变传热实验台连接，用于接收温度和压力信号并分析。