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一种液滴流辐射换热实验装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种液滴流辐射换热实验装置及方法，用于实验研究液滴流在低温真空环境下的辐射换热特性，实验装置包括低温环境模拟系统、液滴流生成系统和温度测量系统；低温环境模拟系统用于降低试验段温度，增强液滴流通过热辐射作用的换热；液滴流生成系统用于根据实验工况要求，生成不同直径、初始速度、液滴数密度的液滴流；温度测量系统用于测量不同实验工况下液滴流的温度，从而对液滴流换热特性进行分析。

Description

一种液滴流辐射换热实验装置及方法
技术领域
本发明涉及液滴流辐射换热技术领域，具体涉及一种液滴流辐射换热实验装置及方法。
背景技术
新型热控系统开发是航天器设计研发的重要课题之一。为克服热管式换热器及回路式换热器等传统固体表面辐射散热系统质量大、换热效率低等缺陷，液滴辐射器作为一种轻质、高效的空间换热装置被提出并广泛研究。目前针对液滴辐射器的辐射换热特性已经进行了大量的数值模拟研究，也针对均匀液滴流的生成及收集进行了实验研究，但是液滴流的辐射换热实验研究还没有。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液滴流辐射换热实验装置及方法，为研究液滴流在低温真空条件下的辐射换热特性提供实验装置和方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种液滴流辐射换热实验装置，由低温环境模拟系统、液滴流生成系统和温度测量系统组成；所述低温环境模拟系统主体为一圆筒6，圆筒6内抽真空，圆筒6外壁铺设蛇形管5，蛇形管5中含有液氮作为冷却剂，圆筒6外壁及蛇形管5外围包裹保温棉9；低温环境模拟系统还包括空气压缩机1，与空气压缩机1依次连接的储气罐20、油分离器2、减压器3和液氮罐4，其中液氮罐4与蛇形管5连通，；所述液滴流生成系统包括存储液滴工质的高位液箱16，通过第一阀门13与高位液箱16连通的高压氮气瓶12，高位液箱16出口处设置第二阀门21，第二阀门21后的管路分为两路，一路连通圆筒6，另一路连通水槽17，圆筒6与高位液箱16连通处设置第三阀门22和压电陶瓷8，与压电陶瓷8连接有功率放大器10和信号发生器11，圆筒6底部的液滴流出口连通水槽17，高位液箱16中设置有加热丝15和温度压力监测装置14；液滴工质采用高压氮气供压，液滴流18在圆筒6中流出后收集至水槽17；所述温度测量系统包括安装在圆筒6壁面上的红外热像仪7和热电偶19。
所述圆筒6不同高度处开有测量口，热电偶19通过该测量口沿圆筒6径向方向移动，从而能够测得圆筒6内不同高度位置和径向位置处的液滴温度。
所述圆筒6和蛇形管5材料选用铜，以增大液氮的冷却效果。
所述的一种液滴流辐射换热实验装置的实验方法，空气压缩机1将空气压缩入储气罐20中，当气体压力达到额定压力时打开储气罐20阀门，高压空气首先经过油分离器2除油，之后进入减压器3中减压，当空气压力降低到设定值时进入液氮罐4，使液氮罐4上部形成高压气相区，从而使液氮罐4中的液氮流入圆筒6外壁上的蛇形管5，利用液氮的相变吸热对圆筒6进行降温，形成圆筒6内的低温条件；高位液箱16与高压氮气瓶12之间的第一阀门13打开时，氮气瓶12供气，并在存储液滴工质的高位液箱16上部产生高压，通过调节高位液箱16与压电陶瓷8之间的第二阀门21和第三阀门22调节圆筒6内液滴流18的流量和喷射压力；第二阀门21和第三阀门22分别用以实现液滴工质喷射压力的粗调和微调，从而改变液滴工质的流量；压电陶瓷8根据其上游液滴工质压力的不同，可产生不同初始速度的液滴流18；信号发生器11产生激励信号并经功率放大器10放大后传导至压电陶瓷8，压电陶瓷8根据激励信号做简谐运动，从而使液滴工质崩解为液滴流18；根据液滴工质喷射压力和激励信号的不同，压电陶瓷8能够产生不同直径和液滴数密度的液滴流18；高位液箱16中的加热丝15对工质进行加热，并通过温度压力监测装置14监测温度和高位水箱16上部气体区的压力以使工质达到实验工况要求的温度和压力；采用红外热像仪7对圆筒6内的液滴流18温度进行全场测量，得到液滴流18在飞行过程中的温度变化趋势。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1)温度控制系统可以有效降低试验段温度，营造低温环境，从而可以研究液滴流在真空低温条件下的热辐射换热特性；
2)加压氮气驱动的工质压力稳定，有利于液滴流流量的精确控制；
3)本发明可以实现对液滴流的全场及局部温度测量，测量精度高。
附图说明
图1为本发明液滴流辐射换热实验装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如附图1所示，本发明一种液滴流辐射换热实验装置，由低温环境模拟系统、液滴流生成系统和温度测量系统组成；所述低温环境模拟系统主体为一圆筒6，圆筒6内抽真空，圆筒6外壁铺设蛇形管5，蛇形管5中含有液氮作为冷却剂，圆筒6外壁及蛇形管5外围包裹保温棉9；低温环境模拟系统还包括空气压缩机1，与空气压缩机1依次连接的储气罐20、油分离器2、减压器3和液氮罐4，其中液氮罐4与蛇形管5连通，；所述液滴流生成系统包括存储液滴工质的高位液箱16，通过第一阀门13与高位液箱16连通的高压氮气瓶12，高位液箱16出口处设置第二阀门21，第二阀门21后的管路分为两路，一路连通圆筒6，另一路连通水槽17，圆筒6与高位液箱16连通处设置第三阀门22和压电陶瓷8，与压电陶瓷8连接有功率放大器10和信号发生器11，圆筒6底部的液滴流出口连通水槽17，高位液箱16中设置有加热丝15和温度压力监测装置14；液滴工质采用高压氮气供压，液滴流18在圆筒6中流出后收集至水槽17；所述温度测量系统包括安装在圆筒6壁面上的红外热像仪7和热电偶19。
作为本发明的优选实施方式，所述圆筒6不同高度处开有测量口，热电偶19通过该测量口沿圆筒6径向方向移动，从而能够测得圆筒6内不同高度位置和径向位置处的液滴温度。
作为本发明的优选实施方式，所述圆筒6和蛇形管5材料选用铜，以增大液氮的冷却效果。
如图1所示，本发明一种液滴流辐射换热实验装置的实验方法，空气压缩机1将空气压缩入储气罐20中，当气体压力达到额定压力时打开储气罐20阀门，高压空气首先经过油分离器2除油，之后进入减压器3中减压，当空气压力降低到设定值时进入液氮罐4，使液氮罐4上部形成高压气相区，从而使液氮罐4中的液氮流入圆筒6外壁上的蛇形管5，利用液氮的相变吸热对圆筒6进行降温，形成圆筒6内的低温条件；高位液箱16与高压氮气瓶12之间的第一阀门13打开时，氮气瓶12供气，并在存储液滴工质的高位液箱16上部产生高压，通过调节高位液箱16与压电陶瓷8之间的第二阀门21和第三阀门22调节圆筒6内液滴流18的流量和喷射压力；第二阀门21和第三阀门22分别用以实现液滴工质喷射压力的粗调和微调，从而改变液滴工质的流量；压电陶瓷8根据其上游液滴工质压力的不同，可产生不同初始速度的液滴流18；信号发生器11产生激励信号并经功率放大器10放大后传导至压电陶瓷8，压电陶瓷8根据激励信号做简谐运动，从而使液滴工质崩解为液滴流18；根据液滴工质喷射压力和激励信号的不同，压电陶瓷8能够产生不同直径和液滴数密度的液滴流18；高位液箱16中的加热丝15对工质进行加热，并通过温度压力监测装置14监测温度和高位水箱16上部气体区的压力以使工质达到实验工况要求的温度和压力；采用红外热像仪7对圆筒6内的液滴流18温度进行全场测量，得到液滴流18在飞行过程中的温度变化趋势。

Claims (4)

1.一种液滴流辐射换热实验装置，其特征在于：由低温环境模拟系统、液滴流生成系统和温度测量系统组成；所述低温环境模拟系统主体为一圆筒(6)，圆筒(6)内抽真空，圆筒(6)外壁铺设蛇形管(5)，蛇形管(5)中含有液氮作为冷却剂，圆筒(6)外壁及蛇形管(5)外围包裹保温棉(9)；低温环境模拟系统还包括空气压缩机(1)，与空气压缩机(1)依次连接的储气罐(20)、油分离器(2)、减压器(3)和液氮罐(4)，其中液氮罐(4)与蛇形管(5)连通，；所述液滴流生成系统包括存储液滴工质的高位液箱(16)，通过第一阀门(13)与高位液箱(16)连通的高压氮气瓶(12)，高位液箱(16)出口处设置第二阀门(21)，第二阀门(21)后的管路分为两路，一路连通圆筒(6)，另一路连通水槽(17)，圆筒(6)与高位液箱(16)连通处设置第三阀门(22)和压电陶瓷(8)，与压电陶瓷(8)连接有功率放大器(10)和信号发生器(11)，圆筒(6)底部的液滴流出口连通水槽(17)，高位液箱(16)中设置有加热丝(15)和温度压力监测装置(14)；液滴工质采用高压氮气供压，液滴流(18)在圆筒(6)中流出后收集至水槽(17)；所述温度测量系统包括安装在圆筒(6)壁面上的红外热像仪(7)和热电偶(19)。
2.根据权利要求1所述的一种液滴流辐射换热实验装置，其特征在于：所述圆筒(6)不同高度处开有测量口，热电偶(19)通过该测量口沿圆筒(6)径向方向移动，从而能够测得圆筒(6)内不同高度位置和径向位置处的液滴温度。
3.根据权利要求1所述的一种液滴流辐射换热实验装置，其特征在于：所述圆筒(6)和蛇形管(5)材料选用铜，以增大液氮的冷却效果。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种液滴流辐射换热实验装置的实验方法，其特征在于：空气压缩机(1)将空气压缩入储气罐(20)中，当气体压力达到额定压力时打开储气罐(20)阀门，高压空气首先经过油分离器(2)除油，之后进入减压器(3)中减压，当空气压力降低到设定值时进入液氮罐(4)，使液氮罐(4)上部形成高压气相区，从而使液氮罐(4)中的液氮流入圆筒(6)外壁上的蛇形管(5)，利用液氮的相变吸热对圆筒(6)进行降温，形成圆筒(6)内的低温条件；
高位液箱(16)与高压氮气瓶(12)之间的第一阀门(13)打开时，氮气瓶(12)供气，并在存储液滴工质的高位液箱(16)上部产生高压，通过调节高位液箱(16)与压电陶瓷(8)之间的第二阀门(21)和第三阀门(22)调节圆筒(6)内液滴流(18)的流量和喷射压力；第二阀门(21)和第三阀门(22)分别用以实现液滴工质喷射压力的粗调和微调，从而改变液滴工质的流量；压电陶瓷(8)根据其上游液滴工质压力的不同，可产生不同初始速度的液滴流(18)；信号发生器(11)产生激励信号并经功率放大器(10)放大后传导至压电陶瓷(8)，压电陶瓷(8)根据激励信号做简谐运动，从而使液滴工质崩解为液滴流(18)；根据液滴工质喷射压力和激励信号的不同，压电陶瓷(8)能够产生不同直径和液滴数密度的液滴流(18)；高位液箱(16)中的加热丝(15)对工质进行加热，并通过温度压力监测装置(14)监测温度和高位水箱(16)上部气体区的压力以使工质达到实验工况要求的温度和压力；
采用红外热像仪(7)对圆筒(6)内的液滴流(18)温度进行全场测量，得到液滴流(18)在飞行过程中的温度变化趋势。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112730510A (zh) * 2020-12-24 2021-04-30 西安交通大学 一种液滴辐射换热实验装置及方法
CN112933623A (zh) * 2021-02-05 2021-06-11 西南石油大学 一种低温危险介质液滴生成、液滴群蒸发模拟的实验装置
CN115445531A (zh) * 2022-08-30 2022-12-09 嘉兴谱相科技有限公司 一种带有便携式控温装置的原位池系统
CN117805180A (zh) * 2024-03-01 2024-04-02 中国人民解放军火箭军工程大学 一种液滴辐射散热实验装置及其控制方法

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU920488A1 (ru) * 1980-07-02 1982-04-15 Предприятие П/Я А-1857 Способ определени коэффициента внутреннего теплообмена
CN1419172A (zh) * 2002-12-03 2003-05-21 张钧 用于低温控制系统的非接触低温执行器
CN201232037Y (zh) * 2008-05-06 2009-05-06 河海大学常州校区 利用功率超声处理有机废水的频率效应研究装置
CN102230898A (zh) * 2011-04-08 2011-11-02 河海大学常州校区 一种基于图像处理的超声空化效应测量装置及方法
CN102507640A (zh) * 2011-10-18 2012-06-20 哈尔滨工业大学 变剪切率液体导热系数测量仪及测量方法
CN102664002A (zh) * 2012-05-21 2012-09-12 河南科技大学 基于反射声压平方和最小的主动消声系统及其吸声方法
CN203117138U (zh) * 2013-02-01 2013-08-07 天津商业大学 水平管内制冷工质相变可视化测试系统
CN103308662A (zh) * 2013-06-07 2013-09-18 北京理工大学 一种高温高压单液滴蒸发与燃烧装置
CN103308551A (zh) * 2013-06-05 2013-09-18 中国石油大学(华东) 用于超临界二氧化碳表面传热系数测量的实验装置与方法
CN103829999A (zh) * 2014-03-12 2014-06-04 童师颖 液氮空气微创冷刀冷热源系统
CN204482943U (zh) * 2015-02-11 2015-07-22 张诗山 新型流态化速冻装置
CN105353043A (zh) * 2015-10-28 2016-02-24 中国计量学院 基于abaqus的金属薄板微裂纹时间反转定位方法
CN205826573U (zh) * 2016-06-11 2016-12-21 北京工业大学 一种用于分析有机工质传热规律的试验装置
CN107356629A (zh) * 2017-07-11 2017-11-17 南京林业大学 移动式相变传热与流动性能试验装置
CN108469450A (zh) * 2018-03-16 2018-08-31 大连理工大学 多功能蒸汽冷凝换热及结霜过程可视化实验装置
CN110057863A (zh) * 2019-05-07 2019-07-26 西安交通大学 一种高温高流速气体流动换热实验装置及实验方法

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU920488A1 (ru) * 1980-07-02 1982-04-15 Предприятие П/Я А-1857 Способ определени коэффициента внутреннего теплообмена
CN1419172A (zh) * 2002-12-03 2003-05-21 张钧 用于低温控制系统的非接触低温执行器
CN201232037Y (zh) * 2008-05-06 2009-05-06 河海大学常州校区 利用功率超声处理有机废水的频率效应研究装置
CN102230898A (zh) * 2011-04-08 2011-11-02 河海大学常州校区 一种基于图像处理的超声空化效应测量装置及方法
CN102507640A (zh) * 2011-10-18 2012-06-20 哈尔滨工业大学 变剪切率液体导热系数测量仪及测量方法
CN102664002A (zh) * 2012-05-21 2012-09-12 河南科技大学 基于反射声压平方和最小的主动消声系统及其吸声方法
CN203117138U (zh) * 2013-02-01 2013-08-07 天津商业大学 水平管内制冷工质相变可视化测试系统
CN103308551A (zh) * 2013-06-05 2013-09-18 中国石油大学(华东) 用于超临界二氧化碳表面传热系数测量的实验装置与方法
CN103308662A (zh) * 2013-06-07 2013-09-18 北京理工大学 一种高温高压单液滴蒸发与燃烧装置
CN103829999A (zh) * 2014-03-12 2014-06-04 童师颖 液氮空气微创冷刀冷热源系统
CN204482943U (zh) * 2015-02-11 2015-07-22 张诗山 新型流态化速冻装置
CN105353043A (zh) * 2015-10-28 2016-02-24 中国计量学院 基于abaqus的金属薄板微裂纹时间反转定位方法
CN205826573U (zh) * 2016-06-11 2016-12-21 北京工业大学 一种用于分析有机工质传热规律的试验装置
CN107356629A (zh) * 2017-07-11 2017-11-17 南京林业大学 移动式相变传热与流动性能试验装置
CN108469450A (zh) * 2018-03-16 2018-08-31 大连理工大学 多功能蒸汽冷凝换热及结霜过程可视化实验装置
CN110057863A (zh) * 2019-05-07 2019-07-26 西安交通大学 一种高温高流速气体流动换热实验装置及实验方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAO QIN ET.AL.: "Radiative and evaporative characteristics analysis of a liquid droplet layer for space applications", 《AEROSPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112730510A (zh) * 2020-12-24 2021-04-30 西安交通大学 一种液滴辐射换热实验装置及方法
CN112730510B (zh) * 2020-12-24 2022-02-22 西安交通大学 一种液滴辐射换热实验装置及方法
CN112933623A (zh) * 2021-02-05 2021-06-11 西南石油大学 一种低温危险介质液滴生成、液滴群蒸发模拟的实验装置
CN112933623B (zh) * 2021-02-05 2022-03-11 西南石油大学 一种低温危险介质液滴生成、液滴群蒸发模拟的实验装置
CN115445531A (zh) * 2022-08-30 2022-12-09 嘉兴谱相科技有限公司 一种带有便携式控温装置的原位池系统
CN117805180A (zh) * 2024-03-01 2024-04-02 中国人民解放军火箭军工程大学 一种液滴辐射散热实验装置及其控制方法

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