CN109900661A - 用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置以及方法。该实验装置包括：风道部，包含风道支撑架、两个风道侧板以及两个风道端板；以及气液对流形成部，包含垂直对流形成单元和两个水平对流形成单元，其中，风道支撑架含有水平支撑板以及用于将该水平支撑板支撑在实验平台上的多个竖直支撑杆，两个风道侧板和两个风道端板所围成的空间形成上端与矩形孔相连通的风道，垂直对流形成单元含有垂直对流积液槽和垂直液流板部件，两个水平对流形成单元对称设置在垂直对流积液槽的两侧并且分别位于两个风道侧板的下方，每个水平对流单元含有水平对流积液槽、水平液流槽以及水平对流出液槽。

Description

用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置以及实验方法。

背景技术

无论是科学研究还是工业生产，蒸发都是一个常见而重要的过程。以蒸发冷却设备为例，这类设备是许多重要工业过程末端的重要环节，其主要工作原理是靠水的蒸发带走系统中的废热。

开式冷却塔(以下简称开塔)是一种典型的蒸发冷却设备，在开塔中，水蒸发成为水蒸汽进入空气中时，空气的温湿度都会发生变化，这种变化将会对水的继续蒸发产生影响，从而影响到整个过程的进行，即水膜的蒸发改变了周围的湿球温度，而湿球温度又直接影响水膜的蒸发。因此，观测并解析水膜的蒸发过程对于改进运用水蒸发原理运行的工业设备和优化这类工业设备的工艺过程有着重要意义。

本发明从工业应用中抽象出气液水平对流和气液垂直对流进而产生蒸发的模型，开发一种能够产生水平气液对流温湿度场和垂直气液对流温湿度场的实验装置，并利用激光实时全息干涉方法从微观层面测量、研究气液水平对流和气液垂直对流时液膜内的温度场分布以及空气中的温湿度场的分布，进而进行对比分析研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置以及实验方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

<方案一>

本发明提供了一种用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，安装在全息干涉成像设备的实验平台上并且与恒温水槽相连接，其特征在于，包括：风道部，包含风道支撑架、两个风道侧板以及两个风道端板；以及气液对流形成部，包含垂直对流形成单元和两个水平对流形成单元，其中，风道支撑架含有水平支撑板以及用于将该水平支撑板支撑在实验平台上的多个竖直支撑杆，水平支撑板上设置有矩形孔，该矩形孔的上部安装有至少一个变频风机从而形成出风口，两个风道侧板分别与矩形孔的两个长边相对应且上端悬挂在水平支撑板上，两个风道端板分别与矩形孔的两个短边相对应且下端固定设置在实验平台上，两个风道侧板和两个风道端板所围成的空间形成上端与矩形孔相连通的风道，垂直对流形成单元含有垂直对流积液槽和垂直液流板部件，垂直对流积液槽位于风道的正下方且固定设置在实验平台上，由积液槽底板、两个垂直对流积液槽侧板和两个对流形成单元端板构成，两个垂直对流积液槽侧板分别与矩形孔的两个长边相对应且呈人字形布置从而在垂直对流积液槽侧板的顶部形成作为垂直对流积液槽出液口的矩形出液口，两个对流形成单元端板分别与矩形孔的短边相平行并且两个对流形成单元端板的外侧面的间距与矩形孔的长边的尺寸相等，其中一个对流形成单元端板的底部的正中位置还具有用于与恒温水槽相连通的垂直对流进液管，垂直液流板部件位于矩形风道内的中间位置从而将风道分成两个子风道，垂直液流板部件由分别与矩形孔的长边相平行并且依次间隔排列的成膜板、隔热板和垂直导热板以及两个对流形成单元端板构成，两个水平对流形成单元对称设置在垂直对流积液槽的两侧并且分别位于两个风道侧板的下方，每个水平对流单元含有水平对流积液槽、水平液流槽以及水平对流出液槽，水平对流积液槽固定设置在实验平台上且上部与对应的水平液流槽相连通，由积液槽底板、水平对流积液槽侧板、垂直对流积液槽侧板以及两个对流形成单元端板构成，与垂直对流进液管相对应的对流形成单元端板还具有用于使两个水平对流积液槽分别与恒温水槽相连通的两个水平对流进液管，水平液流槽固定设置在水平对流积液槽的顶部的外侧，水平液流槽与对应的风道侧板的下端部之间的空间形成与对应的子风道相连通的进风口，水平对流出液槽位于水平对流积液槽的外侧且固定设置在水平液流槽的底部，位于垂直导热板一侧的水平对流单元还含有水平导热板，该水平导热板覆盖在对应的水平液流槽的顶部，当恒温水槽内的液体被分别输送到两个水平对流积液槽内时，位于成膜板一侧的水平对流积液槽中的液体溢流到对应的水平液流槽内从而在该水平液流槽的上部形成水平液膜，该水平液膜在对应的子风道的空气中蒸发从而在水平液膜内形成水平液膜温度场分布并且在水平液膜外的空气中形成第一水平气流温湿度场分布；位于垂直导热板一侧的水平对流液槽中的液体溢流到对应的水平液流槽内并通过水平导热板的导热在对应的子风道的空气中形成第二水平气流温湿度场分布，成膜板、隔热板以及两个对流形成单元端板所围成的空间形成第一垂直液流腔，该第一垂直液流腔的下端与垂直对流积液槽相连通，上端形成水平方向的矩形出液口，垂直导热板、隔热板以及两个对流形成单元端板所围成的空间形成第二垂直液流腔，该第二垂直液流腔的下端与对应的水平对流积液槽相连通，上端形成水平方向的矩形进液口，当恒温水槽内的液体被输送到垂直对流积液槽内时，该垂直对流积液槽中的液体溢流到第一垂直液流腔内并从矩形出液口流出后分成两部分，一部分液体沿成膜板的外侧面流下而在该外侧面上形成垂直液膜，该垂直液膜在对应的子风道的空气中蒸发从而在垂直液膜内形成垂直液膜温度场分布并且在垂直液膜外的空气中形成第一垂直气流温湿度场分布；另一部分液体经矩形进液口流入第二垂直液流腔内并通过垂直导热板的导热在对应的子风道的空气中形成第二垂直气流温湿度场分布，沿成膜板的外侧面流下的液体和沿第二垂直液流腔内流下的液体分别进入相对应的水平对流积液槽，最后流回到恒温水槽内，风道端板为由透明的光学玻璃制成的平板，该平板在实验时与全息干涉成像设备的光轴相垂直。

本发明提供的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，还可以具有这样的特征：其中，风道侧板的宽度与矩形孔的长边的尺寸相等，每个风道侧板包含自上而下依次相连接的水平法兰边、竖直段、圆弧段以及水平延伸段，水平法兰边与水平支撑板的底部活动连接，具有用于螺栓穿过的条状安装孔，竖直段的高度为垂直液流板部件向上伸出水平液流槽的部分的高度的1.5-2倍，圆弧段的半径为50-150mm，水平延伸段与对应的水平液流槽之间的空间形成进风口，水平延伸段与对应的水平液流槽之间的间距不小于并接近于对应的竖直段与垂直液流板部件之间的间距。

本发明提供的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，还可以具有这样的特征：其中，成膜板的外侧面上覆有亲液材料层。

本发明提供的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，还可以具有这样的特征：其中，对流形成单元端板的厚度为10～12mm，成膜板与隔热板之间的间距为4～6mm，隔热板与垂直导热板之间的间距为3～4mm，垂直导热板的底部具有朝向隔热板的方向伸出1～2mm的凸起，该凸起用于使隔热板与垂直导热板之间的间距在该垂直导热板的底部收缩变小，垂直导热板向上伸出成膜板和隔热板的上端部而形成垂直导热板伸出端部，该垂直导热板伸出端部的高度为10～15mm，水平对流积液槽与水平液流槽相通的水平矩形孔平行于对流形成单元端板的边长为15～20mm，水平导热板具有两个宽边，其中一个宽边与垂直导热板的下端相连接，另一个宽边与水平对流出液槽的外侧边齐平。

本发明提供的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，还可以具有这样的特征：其中，每个水平液流槽由液流槽底板、液流槽侧板以及两个对流形成单元端板构成，水平液流槽形成深度为8～10mm的液流通道，对流形成单元端板位于水平液流槽位置处的顶部板厚的中间位置沿板长方向刻有一条宽5～6mm、深10～12mm的矩形限流槽，该矩形限流槽的槽长大于液流槽底板的长度，并在液流槽侧板的外侧位置向水平对流出液槽内将限流槽挖开一个缺口，液流槽侧板的厚度为8～10mm，液流槽侧板的顶边比液流槽底板的上平面高5mm，并且在顶边板厚的中间位置沿板宽方向刻有一条宽2mm、深4mm的矩形槽，该矩形槽的槽长与液流槽侧板的板宽相等，在矩形槽内嵌有与该矩形槽等长的挡液板，该挡液板的厚度与矩形槽的槽宽相同，并且挡液板的顶面上具有朝向水平液流槽的一个斜坡从而形成一个水平的刀口，该刀口的位置低于对流形成单元端板位于水平液流槽位置处的顶边，并根据被测试液体的物性和流量，通过试验更换不同高度的挡液板，使得水平液流槽中的液面略高于对流形成单元端板在水平液流槽位置的顶边，并且液流基本不流入限流槽而只从刀口位置流至水平对流出液槽内。

本发明提供的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，还可以具有这样的特征：其中，每个水平对流出液槽由呈闭合设置的出液槽底板、出液槽侧板、水平对流积液槽侧板和两个对流形成单元端板构成，出液槽侧板设置在对应的液流槽侧板的外部距离10-15mm的位置处，出液槽侧板的顶边与对流形成单元端板位于水平液流槽位置处的顶边齐平，出液槽底板上设置有水平对流出液管，该水平对流出液管用于与恒温水槽相连接且连通。

本发明提供的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，还可以具有这样的特征：其中，风道侧板与对应的风道端板之间具有第一缝隙，垂直液流板部件与对应的风道端板之间具有第二缝隙，风道端板与水平支撑板之间具有第三缝隙，第一缝隙、第二缝隙以及第三缝隙处分别设置有用于密封的软性密封条，位于第一缝隙处的软性密封条的一侧粘贴在风道侧板上，另一侧与风道端板的内侧面相接触，从而对第一缝隙进行封闭，位于第二缝隙处的软性密封条的一侧粘贴在垂直液流板部件上，另一侧与风道端板的内侧面相接触，从而对第二缝隙进行封闭，位于第三缝隙处的软性密封条的一侧粘贴在风道端板上，另一侧与水平支撑板的下底面相接触，从而对第三缝隙进行封闭。

<方案二>

本发明还提供了一种采用全息干涉研究气液对流温湿度场的实验方法，使用<方案一>的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，实验在恒温和恒低湿度的环境中进行，其特征在于，包括以下操作：

操作一，将实验装置置于全息干涉成像设备的物光光路中，并使风道端板与物光光路的光轴垂直；

操作二，在不通液的条件下，用两个不同波长同时在全息干板上记录两张全息图，并对全息干板进行预硬化、显影、定影、漂白处理，或用CCD直接记录两个不同波长下的全息图并将图数字化；

操作三，调节恒温水槽内的液体的温度及流量并调节变频风机的风量，得到实验所需的稳定工况；

操作四，在与操作二相同的两个波长下分别通过干涉图像动态记录仪记录在全息干涉显示屏上显示的干涉条纹；或用CCD再次记录操作三对应的全息图并将图数字化，再将同一波长下操作二和操作三获得的两个数字化全息图合成全息干涉条纹图，两个不同波长能得到两个全息干涉条纹图；

操作五，按照双波长全息干涉原理对干涉条纹进行反演，得到相应的第一水平气流温湿度场分布以及第二水平气流温湿度场分布或者得到相应的第一垂直气流温湿度场分布以及第二垂直气流温湿度场分布，进而对比分析得出两个子风道内的空气的温湿度场的差别。

发明作用与效果

根据本发明所涉及的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置以及实验方法，因为具有风道部以及气液对流形成部，风道部包含风道支撑架、两个风道侧板以及两个风道端板，气液对流形成部包含垂直对流形成单元和两个水平对流形成单元，风道支撑架含有水平支撑板以及用于将该水平支撑板支撑在实验平台上的多个竖直支撑杆，水平支撑板上设置有矩形孔，该矩形孔的上部安装有至少一个变频风机从而形成出风口，两个风道侧板分别与矩形孔的两个长边相对应且上端悬挂在水平支撑板上，两个风道端板分别与矩形孔的两个短边相对应且下端固定设置在实验平台上，两个风道侧板和两个风道端板所围成的空间形成上端与矩形孔相连通的风道，垂直对流形成单元含有垂直对流积液槽和垂直液流板部件，垂直对流积液槽位于风道的正下方且固定设置在实验平台上，具有用于与恒温水槽相连通的垂直对流进液管，垂直液流板部件位于矩形风道内的中间位置从而将风道分成两个子风道，该垂直液流板部件由分别与矩形孔的长边相平行并且依次间隔排列的成膜板、隔热板和垂直导热板以及分别与矩形孔的两个短边相对应的两个对流形成单元端板构成，两个水平对流形成单元对称设置在垂直对流积液槽的两侧并且分别位于两个风道侧板的下方，每个水平对流单元含有水平对流积液槽、水平液流槽以及水平对流出液槽，水平对流积液槽固定设置在实验平台上，具有用于与恒温水槽相连通的水平对流进液管，水平液流槽固定设置在水平对流积液槽顶部的外侧，该水平液流槽与对应的风道侧板的下端部之间的空间形成与对应的子风道相连通的进风口，水平对流出液槽位于水平对流积液槽的外侧且固定设置在水平液流槽的底部，位于垂直导热板一侧的水平对流单元还含有水平导热板，该水平导热板覆盖在对应的水平液流槽的顶部并且与垂直导热板的下端相连接，所以，本发明所形成的物理模型能够从微观层面测量、研究气液水平对流或者气液垂直对流时液膜及气流中的温度场和湿度场的分布，进而对比分析温湿度场在蒸发过程中的变化及相互影响规律，从而对于改进蒸发冷却设备和优化蒸发冷却设备的运行工艺具有重要意义。

进一步，垂直导热板的底部具有朝向隔热板的方向伸出1～2mm的凸起，该凸起使隔热板与垂直导热板之间的间距在此处收缩变小，是为了第二垂直液流腔内满液，使垂直导热板能够准确反映其内液体的温度；使用较厚的对流形成单元端板，在成膜板的外侧面上覆有亲液材料层，是为了能够保证垂直液膜沿成膜板自上而下流动，避免发生侧流；设置挡液板并调节挡液板的高度，以及在水平液流槽的对流形成单元端板的顶边设置限流槽，是为了能够保证水平液流槽中的液面略高于对流形成单元端板在水平液流槽位置的顶边，液流只从挡液板刀口位置流入水平对流出液槽内，而基本不流入限流槽，即避免发生侧流；在风道端板与风道侧板、对流形成单元端板、水平支撑板间留了第一、第二、第三缝隙，并用软性密封条封闭这三个缝隙，是为避免风道端板抖动的同时，防止缝隙漏风干扰风道内的流场。由于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验要求十分精细，上述措施是保证物理模型准确和减少实验偏差的重要保证。另外，在垂直对流单元，对流形成单元端板与垂直导热板和成膜板结合时不超出垂直导热板和成膜板的外侧面，在水平对流单元，通过挡流板的调节作用，均可保证导热板与空气的界面、液膜与空气的界面暴露在光束中。

此外，因为风道端板为由透明的光学玻璃制成的平板，该平板在实验时与全息干涉成像设备的光轴相垂直，能够很好地满足全息干涉成像设备工作时测量用光束穿过的要求。

附图说明

图1是本发明的实施例中用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置的横截面结构示意图；

图2是图1的局部左视剖面图；

图3是图1的局部右视剖面图；

图4是图1的剖视俯视图；

图5是本发明的实施例中风道端板的形状示意图；以及

图6是本发明的实施例中对流形成单元端板的形状示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

<实施例>

图1是本发明的实施例中用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置的横截面结构示意图；图2是图1的局部左视剖面图；图3是图1的局部右视剖面图；图4是图1的剖视俯视图。

如图1至图4所示，本实施例中的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置100，安装在全息干涉成像设备的实验平台(图中未示出)上并与恒温水槽(图中未示出)相连接，用于产生气液水平对流时的温湿度场和气液垂直对流时的温湿度场。该实验装置100包括风道部以及气液对流形成部，风道部包含风道支撑架10、两个风道侧板20以及两个风道端板30，气液对流形成部包含垂直对流单元40和两个水平对流单元50。

如图1所示，风道支撑架10包括水平支撑板11以及四个竖直支撑杆12。

水平支撑板11为矩形平板，水平设置在实验平台的上方。水平支撑板11的中央位置设置有矩形孔11a，该矩形孔11a的上部安装有至少一个变频风机101a从而形成出风口101。在本实施例中，安装有4-8个直径为30-40mm的小型的变频风机101a，出风口101的高度为风机101a的直径的1.5-2倍。

四个竖直支撑杆12分别竖直设置在水平支撑板11的四个角落，用于将水平支撑板11支撑在实验平台上。竖直支撑杆12的上、下两端分别与水平支撑板11和实验平台固定连接。

如图1所示，两个风道侧板20分别与矩形孔11a的两个长边(即垂直于图1纸面的边)相对应，并且上端悬挂在水平支撑板11上。每个风道侧板20包括自上而下依次相连接的水平法兰边21、竖直段22、圆弧段23以及水平延伸段24。

水平法兰边21与水平支撑板11的底部活动连接，具有用于螺栓穿过的条状安装孔(图中未示出)。

两个竖直段22之间以及两个圆弧段23之间的空间用于容纳垂直对流单元40中的垂直液流板部件42。

竖直段22的上端与相对应的水平法兰21相连接，本实施例中，竖直段22的高度为垂直液流板部件42向上伸出水平液流槽52的部分的高度的1.5-2倍。

圆弧段23用于连接竖直段22和水平延伸段23，其上端与相对应的竖直段22相连接，下端朝向竖直段22的外侧(即朝向远离的垂直液流板部件42的方向)倾斜。在本实施例中，圆弧段23的半径为50-150mm。

水平延伸段24与相对应的水平对流单元50中的水平液流槽52形成进风口102。在本实施例中，水平延伸段24与对应的水平液流槽52之间的间距不小于并接近于对应的竖直段22与垂直液流板部件42之间的间距。

图5是本发明的实施例中风道端板的形状示意图。

如图1至图5所示，两个风道端板30分别与矩形孔11a的两个短边(即平行于图1纸面的边)相对应，并且下端固定设置在实验平台上。两个风道端板30和两个风道侧板20所围成的空间形成风道103，该风道103的上端与矩形孔11a相连通。

在本实施例中，风道端板30为由透明的光学玻璃材料制成的平板，能够很好地满足全息干涉成像设备工作时测量用光束穿过的要求。实验时，风道端板30与全息干涉成像设备的光轴相垂直。

如图1至图4所示，垂直对流单元40用于产生气液垂直对流，含有垂直对流积液槽41和垂直液流板部件42。

垂直对流积液槽41位于风道103的正下方，并且固定设置在实验平台上。垂直对流积液槽41由积液槽底板60、两个垂直对流积液槽侧板41b和两个对流形成单元端板70构成，两个垂直对流积液槽侧板41b分别与水平支撑板11上矩形孔11a的两个长边相对应且呈人字形布置从而在人字形顶部形成出液口，其中一个对流形成单元端板70底部正中位置还具有用于与恒温水槽相连通的垂直对流进液管41a，该垂直对流进液管41a与恒温水槽相连接且连通。

垂直液流板部件42位于风道103内的中间位置从而将矩形风道103分成两个子风道103a，其宽度与矩形孔11a的长边的尺寸相等。垂直液流板部件42由分别与矩形孔11a的长边相平行并且依次间隔排列的成膜板42a、隔热板42b和垂直导热板42c以及分别与矩形孔11a的两个短边相对应的两个对流形成单元端板70构成。

成膜板42a、隔热板42b以及两个对流形成单元端板70所围成的空间形成第一垂直液流腔421，该第一垂直液流腔421的下端与垂直对流积液槽41相连通，上端形成水平方向的矩形出液口421a。

垂直导热板42c、隔热板42b以及两个对流形成单元端板70所围成的空间形成第二垂直液流腔422，该第二垂直液流腔422的下端与对应的水平对流积液槽51相连通，上端形成水平方向的矩形进液口422a。垂直导热板的底部具有一条朝向隔热板的方向伸出1～2mm的与垂直导热板等宽的凸起，该凸起使隔热板与垂直导热板之间的间距在此处收缩变小。在本实施例中，第二垂直液流腔422以及第一垂直液流腔421位于水平对流形成单元50的水平液流槽52上方的部分的高度为全息光路的口径的2-2.5倍，沿光轴方向的宽度为200-400mm。

成膜板42a为由不导热硬质刚性材料制成的矩形平板，其外侧面上覆有亲液材料层。

隔热板42b为由不导热硬质刚性材料制成的矩形平板，隔热板42b与成膜板42a之间的间距为4～6mm。

垂直导热板42c为由高导热性硬质刚性材料制成的平板，垂直导热板42c与隔热板42b之间的间距为3～4mm。垂直导热板42c向上伸出成膜板42a和隔热板42b的上端部而形成垂直导热板伸出端部，该垂直导热板伸出端部的高度为10～15mm。本实施例中，垂直导热板伸出端部为由不导热硬质材料制成。

如图4所示，风道侧板20与对应的风道端板30之间具有第一缝隙20a，该第一缝隙20a处设置有用于密封的软性密封条20b；软性密封条20b的一侧粘贴在风道侧板20上，另一侧与对应的风道端板30的内侧面相接触，从而对第一缝隙20a进行封闭。

垂直液流板部件42与对应的风道端板30之间具有第二缝隙42d，该第二缝隙42d处设置有用于密封的软性密封条42e；软性密封条42e的一侧粘贴在垂直液流板部件42上，另一侧与对应的风道端板30的内侧面相接触，从而对第二缝隙42e进行封闭。

风道端板30与水平支撑板10之间具有第三缝隙(图中未示出)，该第三缝隙处设置有用于密封的软性密封条(图中未示出)；该软性密封条的一侧粘贴在风道端板30上，另一侧与对应的水平支撑板11的下侧面相接触，从而对第三缝隙进行封闭。

如图1至图4所示，两个水平对流形成单元50对称设置在垂直对流积液槽41的两侧，并且分别位于两个风道侧板20的水平延伸段24的下方。每个水平对流形成单元50包含水平对流积液槽51、水平液流槽52以及水平对流出液槽53。

水平对流积液槽51固定设置在实验平台上，由液槽底板60、两个水平对流积液槽侧板51b、两个垂直对流积液槽侧板41b和两个对流形成单元端板70构成，其上部与水平液流槽52相通，在其中一个对流形成单元端板70的垂直对流进液管41a的两侧还设置有水平对流进液管51a，该水平对流进液管51a与恒温水槽相连接且连通。

水平液流槽52固定设置在水平对流积液槽51顶部的外侧，并且与水平对流积液槽51相连通，水平对流积液槽51与水平液流槽52相通的水平矩形孔51c平行于对流形成单元端板的边长为15～20mm，水平液流槽52与对应的风道侧板20的水平延伸段24之间的空间形成与对应的子风道103a相连通的进风口102。每个水平液流槽具有液流槽底板52a、液流槽侧板52b以及两个对流形成单元端板70构成深度为8～10mm的液流通道，液流槽侧板52b与矩形孔11a的长边相平行并且远离水平对流积液槽51，对流形成单元端板70在水平液流槽52位置的顶边板厚的中间位置沿板长方向刻有一条宽5～6mm、深10～12mm的矩形限流槽70a，槽长大于液流槽底板52a的长度，并在液流槽侧板52b的外侧位置向水平对流出液槽53内将限流槽70a挖开一缺口；液流槽侧板52b厚8～10mm，其顶边比液流槽底板52a的上平面高5mm，并且在顶边板厚的中间位置沿板宽方向刻有一条宽2mm、深4mm的矩形槽，槽长与板宽相等，在槽内嵌有与槽等长的挡液板52f，挡液板52f厚度与该矩形槽宽相同，其顶面上有朝向水平液流槽的一个斜坡，形成一个水平的刀口，刀口位置低于对流形成单元端板70在水平液流槽52位置的顶边，并根据被测试液体的物性和流量，通过试验更换不同高度的挡液板52f，使得水平液流槽52中的液面略高于对流形成单元端板70在水平液流槽52位置的顶边，液流基本不流入限流槽70a而只从挡液板52f的刀口位置流至水平对流出液槽53内。

在本实施例中，位于垂直导热板42c一侧的水平对流单元50还含有水平导热板54，该水平导热板54覆盖在对应的水平液流槽52的顶部并且与垂直导热板42c的下端相连接，即水平导热板54的一个宽边与垂直导热板42c的下端相连接，而水平导热板54的另一个宽边与水平对流出液槽53外侧边齐平。

水平对流出液槽53位于水平对流积液槽51的外侧，并且固定设置在水平对流积液槽51的底部。水平对流出液槽53具有出液槽底板53a、出液槽侧板53b、水平对流积液槽侧板51b和两个对流形成单元端板70呈闭合设置，出液槽底板53a上设置有水平对流出液管53c，该水平对流出液管53c与恒温水槽相连接且连通，靠近进风口的出液槽侧板53b设置在对应的液流槽侧板52b的外部距离10-15mm的位置处，出液槽侧板53b的顶边与对流形成单元端板70在水平液流槽52位置的顶边齐平。

本实施例中的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置100的工作原理如下：

(1)当恒温水槽内的液体被分别输送到两个水平对流积液槽51内时，位于成膜板42a一侧的水平对流积液槽51中的液体溢流到对应的水平液流槽52内从而在该水平液流槽52的上部形成水平液膜，该水平液膜在对应的子风道103a的空气中蒸发从而在水平液膜内形成水平液膜温度场分布并且在水平液膜外的空气中形成第一水平气流温湿度场分布；位于垂直导热板42c一侧的水平对流液槽51中的液体溢流到对应的水平液流槽52内并通过水平导热板54的导热在对应的子风道103a的空气中形成第二水平气流温湿度场分布。从水平液流槽52沿挡流板52f流下的液体进入对应的水平对流出液槽53内，最后流回恒温水槽内。

(2)当恒温水槽内的液体被输送到垂直对流积液槽41内时，该垂直对流积液槽41中的液体溢流到第一垂直液流腔421内并从矩形出液口421a流出后分成两部分，一部分液体沿成膜板42a的外侧面流下而在该外侧面上形成垂直液膜，该垂直液膜在对应的子风道103a的空气中蒸发从而在垂直液膜内形成垂直液膜温度场分布并且在垂直液膜外的空气中形成第一垂直气流温湿度场分布；另一部分液体经矩形进液口422a流入第二垂直液流腔422内并通过垂直导热板42c的导热在对应的子风道103a的空气中形成第二垂直气流温湿度场分布。沿成膜板42a的外侧面流下的液体和沿第二垂直液流腔422内流下的液体分别进入相对应的水平对流积液槽51，最后流回到恒温水槽内。在此情形下，水平对流积液槽51兼作垂直对流出液槽。

本实施例中的采用全息干涉研究气液对流温湿度场的实验方法，使用上述用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置100，实验在恒温和恒低湿度的环境(温度：20±5℃、湿度：45～65％)中进行。该实验方法包括以下操作：

操作一，将实验装置100置于全息干涉成像设备的物光光路中，并使风道端板30与物光光路的光轴垂直；

操作二，在不通液的条件下，用两个不同波长同时在全息干板上记录两张全息图，并对全息干板进行预硬化、显影、定影、漂白处理，或用CCD直接记录两个不同波长下的全息图并将图数字化；

操作三，调节恒温水槽内的液体的温度及流量并调节变频风机101a的风量，得到实验所需的稳定工况；

操作四，在与操作二相同的两个波长下分别通过干涉图像动态记录仪记录在全息干涉显示屏上显示的干涉条纹；或用CCD再次记录操作三对应的全息图并将图数字化，再将同一波长下操作二和操作三获得的两个数字化全息图合成全息干涉条纹图，两个不同波长能得到两个全息干涉条纹图；

操作五，按照双波长全息干涉原理对干涉条纹进行反演，得到相应的第一水平气流温湿度场分布以及第二水平气流温湿度场分布或者得到相应的第一垂直气流温湿度场分布以及第二垂直气流温湿度场分布，进而对比分析得出两个子风道103a内的空气的温湿度场的差别。

需要说明的是，气液垂直对流和气液水平对流实验是分别进行的。当进行气液垂直对流实验时，来自恒温水槽的水从垂直对流进液管进入，从两个水平对流进液管流回到恒温水槽；当进行气液水平对流实验时，来自恒温水槽的水从两个水平对流进液管进入，从两个水平对流出液管流回到恒温水槽。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置以及实验方法，因为具有风道部以及气液对流形成部，风道部包含风道支撑架、两个风道侧板以及两个风道端板，气液对流形成部包含垂直对流形成单元和两个水平对流形成单元，风道支撑架含有水平支撑板以及用于将该水平支撑板支撑在实验平台上的多个竖直支撑杆，水平支撑板上设置有矩形孔，该矩形孔的上部安装有至少一个变频风机从而形成出风口，两个风道侧板分别与矩形孔的两个长边相对应且上端悬挂在水平支撑板上，两个风道端板分别与矩形孔的两个短边相对应且下端固定设置在实验平台上，两个风道侧板和两个风道端板所围成的空间形成上端与矩形孔相连通的风道，垂直对流形成单元含有垂直对流积液槽和垂直液流板部件，垂直对流积液槽位于风道的正下方且固定设置在实验平台上，具有用于与恒温水槽相连通的垂直对流进液管，垂直液流板部件位于矩形风道内的中间位置从而将风道分成两个子风道，该垂直液流板部件由分别与矩形孔的长边相平行并且依次间隔排列的成膜板、隔热板和垂直导热板以及分别与矩形孔的两个短边相对应的两个对流形成单元端板构成，两个水平对流形成单元对称设置在垂直对流积液槽的两侧并且分别位于两个风道侧板的下方，每个水平对流单元含有水平对流积液槽、水平液流槽以及水平对流出液槽，水平对流积液槽固定设置在实验平台上，具有用于与恒温水槽相连通的水平对流进液管，水平液流槽固定设置在水平对流积液槽顶部的外侧，该水平液流槽与对应的风道侧板的下端部之间的空间形成与对应的子风道相连通的进风口，水平对流出液槽位于水平对流积液槽的外侧且固定设置在水平液流槽的底部，位于垂直导热板一侧的水平对流单元还含有水平导热板，该水平导热板覆盖在对应的水平液流槽的顶部并且与垂直导热板的下端相连接，所以，本实施例能够从微观层面测量、研究水平气液对流或者垂直气液对流时所形成的温度场及湿度场的分布，进而对比分析温湿度场在蒸发过程中的变化及相互影响规律，从而对于改进蒸发冷却设备和优化蒸发冷却设备的运行工艺具有重要意义。

进一步，垂直导热板的底部具有朝向隔热板的方向伸出1～2mm的凸起，该凸起使隔热板与垂直导热板之间的间距在此处收缩变小，是为了第二垂直液流腔内满液，使垂直导热板能够准确反映其内液体的温度；使用较厚的对流形成单元端板，在成膜板的外侧面上覆有亲液材料层，是为了能够保证垂直液膜沿成膜板自上而下流动，避免发生侧流；设置挡液板并调节挡液板的高度，以及在水平液流槽的对流形成单元端板的顶边设置限流槽，是为了能够保证水平液流槽中的液面略高于对流形成单元端板在水平液流槽位置的顶边，液流只从挡液板刀口位置流入水平对流出液槽内，而基本不流入限流槽，即避免发生侧流；在风道端板与风道侧板、对流形成单元端板、水平支撑板间留了第一、第二、第三缝隙，并用软性密封条封闭这三个缝隙，是为避免风道端板抖动的同时，防止缝隙漏风干扰风道内的流场。由于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验要求十分精细，上述措施是保证物理模型准确和减少实验偏差的重要保证。另外，在垂直对流单元，对流形成单元端板与垂直导热板和成膜板结合时不超出垂直导热板和成膜板的外侧面，在水平对流单元，通过挡流板的调节作用，均可保证导热板与空气的界面、液膜与空气的界面暴露在光束中。

此外，因为风道端板为由透明的光学玻璃制成的平板，该平板在实验时与全息干涉成像设备的光轴相垂直，能够很好地满足全息干涉成像设备工作时测量用光束穿过的要求。

本领域技术人员应当理解，上述实施例为本发明的优选案例，是为了本领域的技术人员可以理解本发明所要表达的意图，而不是限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，安装在全息干涉成像设备的实验平台上并且与恒温水槽相连接，其特征在于，包括：

风道部，包含风道支撑架、两个风道侧板以及两个风道端板；以及

气液对流形成部，包含垂直对流形成单元和两个水平对流形成单元，

其中，所述风道支撑架含有水平支撑板以及用于将该水平支撑板支撑在所述实验平台上的多个竖直支撑杆，

所述水平支撑板上设置有矩形孔，该矩形孔的上部安装有至少一个变频风机从而形成出风口，

所述两个风道侧板分别与所述矩形孔的两个长边相对应且上端悬挂在所述水平支撑板上，

所述两个风道端板分别与所述矩形孔的两个短边相对应且下端固定设置在所述实验平台上，

所述两个风道侧板和所述两个风道端板所围成的空间形成上端与所述矩形孔相连通的风道，

所述垂直对流形成单元含有垂直对流积液槽和垂直液流板部件，

所述垂直对流积液槽位于所述风道的正下方且固定设置在所述实验平台上，由积液槽底板、两个垂直对流积液槽侧板和两个对流形成单元端板构成，

所述两个垂直对流积液槽侧板分别与所述矩形孔的所述两个长边相对应且呈人字形布置从而在所述垂直对流积液槽侧板的顶部形成作为垂直对流积液槽出液口的矩形出液口，

所述两个对流形成单元端板分别与所述矩形孔的所述短边相平行并且两个所述对流形成单元端板的外侧面的间距与所述矩形孔的所述长边的尺寸相等，其中一个所述对流形成单元端板的底部的正中位置还具有用于与所述恒温水槽相连通的垂直对流进液管，

所述垂直液流板部件位于所述矩形风道内的中间位置从而将所述风道分成两个子风道，所述垂直液流板部件由分别与所述矩形孔的所述长边相平行并且依次间隔排列的成膜板、隔热板和垂直导热板以及所述两个对流形成单元端板构成，

所述两个水平对流形成单元对称设置在所述垂直对流积液槽的两侧并且分别位于所述两个风道侧板的下方，每个所述水平对流单元含有水平对流积液槽、水平液流槽以及水平对流出液槽，

所述水平对流积液槽固定设置在所述实验平台上且上部与对应的所述水平液流槽相连通，由所述积液槽底板、水平对流积液槽侧板、所述垂直对流积液槽侧板以及所述两个对流形成单元端板构成，

与所述垂直对流进液管相对应的所述对流形成单元端板还具有用于使两个所述水平对流积液槽分别与所述恒温水槽相连通的两个水平对流进液管，

所述水平液流槽固定设置在所述水平对流积液槽的顶部的外侧，所述水平液流槽与对应的所述风道侧板的下端部之间的空间形成与对应的所述子风道相连通的进风口，

所述水平对流出液槽位于所述水平对流积液槽的外侧且固定设置在所述水平液流槽的底部，

位于所述垂直导热板一侧的所述水平对流单元还含有水平导热板，该水平导热板覆盖在对应的所述水平液流槽的顶部，

当所述恒温水槽内的液体被分别输送到所述两个水平对流积液槽内时，位于所述成膜板一侧的所述水平对流积液槽中的所述液体溢流到对应的所述水平液流槽内从而在该水平液流槽的上部形成水平液膜，该水平液膜在对应的所述子风道的空气中蒸发从而在所述水平液膜内形成水平液膜温度场分布并且在所述水平液膜外的空气中形成第一水平气流温湿度场分布；位于所述垂直导热板一侧的所述水平对流液槽中的所述液体溢流到对应的所述水平液流槽内并通过所述水平导热板的导热在对应的所述子风道的空气中形成第二水平气流温湿度场分布，

所述成膜板、所述隔热板以及所述两个对流形成单元端板所围成的空间形成第一垂直液流腔，该第一垂直液流腔的下端与所述垂直对流积液槽相连通，上端形成水平方向的矩形出液口，

所述垂直导热板、所述隔热板以及所述两个对流形成单元端板所围成的空间形成第二垂直液流腔，该第二垂直液流腔的下端与对应的所述水平对流积液槽相连通，上端形成水平方向的矩形进液口，当所述恒温水槽内的所述液体被输送到所述垂直对流积液槽内时，该垂直对流积液槽中的所述液体溢流到所述第一垂直液流腔内并从所述矩形出液口流出后分成两部分，一部分所述液体沿所述成膜板的外侧面流下而在该外侧面上形成垂直液膜，该垂直液膜在对应的所述子风道的空气中蒸发从而在所述垂直液膜内形成垂直液膜温度场分布并且在所述垂直液膜外的空气中形成第一垂直气流温湿度场分布；另一部分所述液体经所述矩形进液口流入所述第二垂直液流腔内并通过所述垂直导热板的导热在对应的所述子风道的空气中形成第二垂直气流温湿度场分布，

沿所述成膜板的所述外侧面流下的所述液体和沿所述第二垂直液流腔内流下的所述液体分别进入相对应的所述水平对流积液槽，最后流回到所述恒温水槽内，

所述风道端板为由透明的光学玻璃制成的平板，该平板在实验时与所述全息干涉成像设备的光轴相垂直。

2.根据权利要求1所述的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，其特征在于：

其中，所述风道侧板的宽度与所述矩形孔的所述长边的尺寸相等，

每个所述风道侧板包含自上而下依次相连接的水平法兰边、竖直段、圆弧段以及水平延伸段，

所述水平法兰边与所述水平支撑板的底部活动连接，具有用于螺栓穿过的条状安装孔，

所述竖直段的高度为所述垂直液流板部件向上伸出所述水平液流槽的部分的高度的1.5-2倍，

所述圆弧段的半径为50-150mm，

所述水平延伸段与对应的所述水平液流槽之间的空间形成所述进风口，

所述水平延伸段与对应的所述水平液流槽之间的间距不小于并接近于对应的所述竖直段与所述垂直液流板部件之间的间距。

3.根据权利要求1所述的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，其特征在于：

其中，所述成膜板的所述外侧面上覆有亲液材料层。

4.根据权利要求1所述的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，其特征在于：

其中，所述对流形成单元端板的厚度为10～12mm，

所述成膜板与所述隔热板之间的间距为4～6mm，

所述隔热板与所述垂直导热板之间的间距为3～4mm，

所述垂直导热板的底部具有朝向所述隔热板的方向伸出1～2mm的凸起，该凸起用于使所述隔热板与所述垂直导热板之间的间距在该垂直导热板的底部收缩变小，

所述垂直导热板向上伸出所述成膜板和所述隔热板的上端部而形成垂直导热板伸出端部，该垂直导热板伸出端部的高度为10～15mm，

所述水平对流积液槽与所述水平液流槽相通的水平矩形孔平行于所述对流形成单元端板的边长为15～20mm，

所述水平导热板具有两个宽边，其中一个所述宽边与所述垂直导热板的下端相连接，另一个所述宽边与所述水平对流出液槽的外侧边齐平。

5.根据权利要求1所述的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，其特征在于：

其中，每个所述水平液流槽由液流槽底板、液流槽侧板以及所述两个对流形成单元端板构成，所述水平液流槽形成深度为8～10mm的液流通道，

所述对流形成单元端板位于所述水平液流槽位置处的顶部板厚的中间位置沿板长方向刻有一条宽5～6mm、深10～12mm的矩形限流槽，该矩形限流槽的槽长大于所述液流槽底板的长度，并在所述液流槽侧板的外侧位置向所述水平对流出液槽内将限流槽挖开一个缺口，

所述液流槽侧板的厚度为8～10mm，所述液流槽侧板的顶边比所述液流槽底板的上平面高5mm，并且在顶边板厚的中间位置沿板宽方向刻有一条宽2mm、深4mm的矩形槽，该矩形槽的槽长与所述液流槽侧板的板宽相等，在所述矩形槽内嵌有与该矩形槽等长的挡液板，该挡液板的厚度与所述矩形槽的槽宽相同，并且所述挡液板的顶面上具有朝向所述水平液流槽的一个斜坡从而形成一个水平的刀口，该刀口的位置低于所述对流形成单元端板位于所述水平液流槽位置处的顶边，并根据被测试液体的物性和流量，通过试验更换不同高度的所述挡液板，使得所述水平液流槽中的液面略高于所述对流形成单元端板在所述水平液流槽位置的顶边，并且液流基本不流入限流槽而只从所述刀口位置流至所述水平对流出液槽内。

6.根据权利要求5所述的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，其特征在于：

其中，每个所述水平对流出液槽由呈闭合设置的出液槽底板、出液槽侧板、所述水平对流积液槽侧板和所述两个对流形成单元端板构成，

所述出液槽侧板设置在对应的所述液流槽侧板的外部距离10-15mm的位置处，所述出液槽侧板的顶边与所述对流形成单元端板位于所述水平液流槽位置处的顶边齐平，

所述出液槽底板上设置有水平对流出液管，该水平对流出液管用于与恒温水槽相连接且连通。

7.根据权利要求1所述的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，其特征在于：

其中，所述风道侧板与对应的所述风道端板之间具有第一缝隙，

所述垂直液流板部件与对应的所述风道端板之间具有第二缝隙，

所述风道端板与所述水平支撑板之间具有第三缝隙，

所述第一缝隙、所述第二缝隙以及所述第三缝隙处分别设置有用于密封的软性密封条，

位于所述第一缝隙处的所述软性密封条的一侧粘贴在所述风道侧板上，另一侧与所述风道端板的内侧面相接触，从而对所述第一缝隙进行封闭，

位于所述第二缝隙处的所述软性密封条的一侧粘贴在所述垂直液流板部件上，另一侧与所述风道端板的所述内侧面相接触，从而对所述第二缝隙进行封闭，

位于所述第三缝隙处的所述软性密封条的一侧粘贴在所述风道端板上，另一侧与所述水平支撑板的下底面相接触，从而对所述第三缝隙进行封闭。

8.一种采用全息干涉研究气液对流温湿度场的实验方法，使用权利要求1-7中任意一项所述的用于全息干涉研究气液对流温湿度场的实验装置，实验在恒温和恒低湿度的环境中进行，其特征在于，包括以下操作：

操作一，将所述实验装置置于全息干涉成像设备的物光光路中，并使所述风道端板与所述物光光路的光轴垂直；

操作二，在不通液的条件下，用两个不同波长同时在全息干板上记录两张全息图，并对全息干板进行预硬化、显影、定影、漂白处理，或用CCD直接记录两个不同波长下的全息图并将图数字化；

操作三，调节所述恒温水槽内的所述液体的温度及流量并调节所述变频风机的风量，得到实验所需的稳定工况；

操作四，在与所述操作二相同的两个波长下分别通过干涉图像动态记录仪记录在全息干涉显示屏上显示的干涉条纹；或用CCD再次记录操作三对应的全息图并将图数字化，再将同一波长下所述操作二和所述操作三获得的两个数字化全息图合成全息干涉条纹图，两个不同波长能得到两个全息干涉条纹图；

操作五，按照双波长全息干涉原理对所述干涉条纹进行反演，得到相应的所述第一水平气流温湿度场分布以及所述第二水平气流温湿度场分布或者得到相应的所述第一垂直气流温湿度场分布以及所述第二垂直气流温湿度场分布，进而对比分析得出所述两个子风道内的空气的温湿度场的差别。