CN113267527B - 一种可用于在不同饱和压力下进行稳态池沸腾的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可用于在不同饱和压力下进行稳态池沸腾的实验装置，包括外壳、端盖、加热器和温度传感器，加热器用于对沸腾溶液加热，温度传感器用于检测沸腾溶液的温度。其特征在于，所述的实验装置还包括内胆、真空泵、恒温槽、设置在外壳上的至少一组入口接管和出口接管，端盖用于密封外壳和内胆，由外壳和端盖所密封的腔体与由内胆与端盖所围成的内腔之间不连通；内胆与外壳之间的腔体通过入口接管和出口接管与恒温槽相连通，恒温槽内冷却剂在腔体内循环，用于控制内胆的温度；沸腾溶液置于内胆里，真空泵用于对内胆抽取真空。本发明还提供利用所示装置实现的进行稳态池沸腾实验的方法。

Description

一种可用于在不同饱和压力下进行稳态池沸腾的实验装置
技术领域
本发明涉及一种可用于在不同饱和压力下进行稳态池沸腾传热的实验装置。
背景技术
池沸腾实验装置广泛应用于相变换热实验中。在饱和溶液中的沉浸不同种类的物体(一般为金属)，通过电加热使金属的表面产生气泡，金属表面上的进行的沸腾称为饱和沸腾。池沸腾实验装置可以改变金属的电加热功率，通过观察窗观察气泡产生的状态(孤立气泡区、气柱汽块区和膜态沸腾区)，同时可以测量过热度，得到池沸腾曲线。
普通的沸腾装置由带观察窗的容器、电加热元件和测温装置组成，一般只能用于常压下(一个大气压)的稳态沸腾实验。即使对容器进行抽真空操作，满足不同饱和压力的实验条件，但是容器内的溶液由于改变了饱和压力造成饱和温度也随之改变，会与环境进行换热，满足不了稳态实验的条件。以抽负压(低于一个大气压)为例，当容器内的压力持续减小，使容器内溶液在该饱和压力对应的饱和温度小于外界环境温度时，容器内的溶液会从环境持续的吸收热量，达不到稳态实验的条件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种可用于在不同饱和压力下进行稳态池沸腾传热的实验装置。本发明的技术方案如下：
一种可用于在不同饱和压力下进行稳态池沸腾的实验装置，包括外壳、端盖、加热器和温度传感器，加热器用于对沸腾溶液加热，温度传感器用于检测沸腾溶液的温度，其特征在于，所述的实验装置还包括内胆、真空泵、恒温槽、设置在外壳上的至少一组入口接管和出口接管，端盖用于密封外壳和内胆，由外壳和端盖所密封的腔体与由内胆与端盖所围成的内腔之间不连通；内胆与外壳之间的腔体通过入口接管和出口接管与恒温槽相连通，恒温槽内冷却剂在腔体内循环，用于控制内胆的温度；沸腾溶液置于内胆里，真空泵用于对内胆抽取真空。
优选地，端盖包括相互连接的内端盖和外端盖，内端盖与外壳和内胆顶部密封连接。
优选地，内端盖的材质为聚四氟乙烯。
优选地，在内胆和外壳的相应位置分别设置有两个观察窗。
优选地，所述的温度传感器为热电偶。
优选地，所述的实验装置还设置有压力传感器，压力传感器用于测量内胆里的压力值。
本发明同时提供采用上述实验装置实现的温态池沸腾传热的实验方法，其特征在于，在进行测量不同饱和压力下的稳态的池沸腾实验时，先开启真空泵，对内胆进行抽真空，内胆内的沸腾溶液达到的饱和状态，此时的饱和温度为室温；为了使内胆中的沸腾溶液达到不同饱和压力下的饱和状态，采用如下的操作：通过调节恒温槽内的冷却剂的温度，使内胆内沸腾溶液的温度始终处于饱和压力对应的饱和温度，从而即改变了饱和压力，又能够达到稳态实验的条件。
本发明可用于实验室测量不同饱和压力下的稳态池沸腾传热特性，具有以下优点：
(1)设备简易，原理简单，制作成本低；
(2)本装置可以测量沸腾溶液处于不同饱和压力下的池沸腾传热特性；
(3)本装置由双层结构组成，对内部的沸腾溶液进行控温处理，保证实验在稳态的工况下进行。
附图说明：
图1整体装置图
图中标号说明：1—不锈钢端盖；2—PTFE端盖；3—外壳；4—外壳观察窗盖板；8—外壳石英玻璃。
图2装置分解图
图中标号说明：1—不锈钢端盖；2—PTFE端盖；3—外壳；4—外壳观察窗盖板；5—内胆；6—内胆观察窗盖板；7—内胆石英玻璃；8—外壳石英玻璃。
图3装置剖视图
图中标号说明：1—不锈钢端盖；2—PTFE端盖；3—外壳；5—内胆。
具体实施方式
参见图1，本发明的整体装置图，从外部看主要包括不锈钢端盖1、PTFE端盖2、外壳3、外壳观察窗盖板4、外壳石英玻璃8。外壳观察窗盖板4覆盖在外壳石英玻璃8上，通过螺丝和外壳3固定，在外壳石英玻璃8和外壳3之间设置密封垫，以防漏气。
参见图2，本发明的装置分解图，外壳3中包含内胆5，不锈钢端盖1、PTFE端盖2和内胆5共同由螺丝固定在外壳3上；不锈钢端盖1和内胆5上均有放置密封圈的凹槽，在PTFE端盖2和不锈钢端盖1、外壳3之间均放置密封圈，以防漏气；在内胆5上也设置有观察窗，内胆观察窗盖板6覆盖在内胆石英玻璃7上，通过螺丝和内胆5固定，在内胆5上有放置密封圈的凹槽，内胆石英玻璃7和内胆5之间放置密封圈，以防漏气；不锈钢端盖1和PTFE端盖2上布置有相同的大小不一的孔，可将热电偶伸入内胆5，可连接真空泵抽真空，可将沸腾溶液通入内胆5，还可以连接标准密封连接器，再把加热器与密封连接器连接，控制电压加热沸腾溶液。
参见图3，本发明的装置剖视图，外壳3外部有六个接管，三根入口接管三根出口接管，可连接恒温槽；恒温槽内的冷却剂在外壳3和内胆5之间循环，保证内胆里的沸腾溶液温度恒定，保持稳态沸腾。
具体实验操作：实际操作前，先将整个装置按上述说明通过螺丝固定，保证装置的气密性，然后将整个装置固定在实验台上，真空泵、热电偶和标准密封连接器与不锈钢端盖1相连，热电偶通过卡套接头和不锈钢端盖1相连并伸入内胆5，加热器连接标准密封连接器并伸入内胆5，标准密封连接器的另一端与调压器连接，通过改变加热功率来进行池沸腾实验；
要进行测量不同饱和压力下的稳态的池沸腾实验时，先开启真空泵，对内胆5进行抽真空，内胆5内的液体由于真空的作用，达到的饱和状态，此时的饱和温度为室温。如果要使内胆5中的沸腾溶液达到不同饱和压力下的饱和状态，可以打开恒温槽，通过调节恒温槽内的冷却剂的温度，使内胆5内沸腾溶液的温度始终处于饱和压力对应的饱和温度，整个实验既改变了饱和压力，又达到了稳态实验的条件。接着可在饱和液内进行池沸腾实验。
本实验装置还设置有压力传感器，压力传感器设置在真空泵之前的管道上，用于测量内胆里的压力值。
本发明的创新点在于，运用了饱和压力与饱和温度一一对应的原则，整个装置由双层结构组成，池沸腾实验在内胆5中进行，外壳3包裹着内胆5，通过在外壳3中填充冷却剂，可以保证内胆5内的沸腾溶液温度恒定，由于内胆5中抽真空使液体达到饱和状态，只需改变外壳3中冷却剂的温度，便可改变内胆5中沸腾溶液的饱和温度(饱和压力)，同时整个实验过程中，内胆5中的沸腾溶液不会从外界吸收或放出热量，整个实验在稳态中进行。

Claims (2)

1.一种稳态池沸腾传热的实验方法，所采用的实验装置，包括外壳、端盖、加热器和温度传感器，端盖包括相互连接的内端盖和外端盖，内端盖与外壳和内胆顶部密封连接，加热器用于对沸腾溶液加热，温度传感器用于检测沸腾溶液的温度，所述的实验装置还包括内胆、真空泵、恒温槽、设置在外壳上的至少一组入口接管和出口接管，端盖用于密封外壳和内胆，外端盖采用不锈钢端盖，内端盖采用PTFE端盖；外壳中包含内胆，外端盖、内端盖和内胆共同由螺丝固定在外壳上；外端盖和内胆上均有放置密封圈的凹槽，在内端盖和外端盖、外壳之间均放置密封圈；由外壳和端盖所密封的腔体与由内胆与端盖所围成的内腔之间不连通；内胆与外壳之间的腔体通过入口接管和出口接管与恒温槽相连通，恒温槽内冷却剂在腔体内循环，用于控制内胆的温度；沸腾溶液置于内胆里，真空泵用于对内胆抽取真空；在内胆和外壳的相应位置分别设置有两个观察窗：所述装置还包括外壳石英玻璃，外壳观察窗盖板覆盖在外壳石英玻璃上，通过螺丝和外壳固定，在外壳石英玻璃和外壳之间设置密封垫；在内胆上设置有观察窗，内胆观察窗盖板覆盖在内胆石英玻璃上，通过螺丝和内胆固定，在内胆上有放置密封圈的凹槽，内胆石英玻璃和内胆之间放置密封圈；
所述的实验装置还设置有压力传感器，压力传感器用于测量内胆里的压力值；
所述的温度传感器为热电偶；
实际操作前，先将整个装置按上述说明通过螺丝固定，保证装置的气密性，然后将整个装置固定在实验台上，真空泵、热电偶和标准密封连接器与不锈钢端盖相连，热电偶通过卡套接头和不锈钢端盖相连并伸入内胆，加热器连接标准密封连接器并伸入内胆，标准密封连接器的另一端与调压器连接，通过改变加热功率来进行池沸腾实验；
在进行测量不同饱和压力下的稳态的池沸腾实验时，先开启真空泵，对内胆进行抽真空，内胆内的沸腾溶液达到的饱和状态，此时的饱和温度为室温；为了使内胆中的沸腾溶液达到不同饱和压力下的饱和状态，采用如下的操作：通过调节恒温槽内的冷却剂的温度，使内胆内沸腾溶液的温度始终处于饱和压力对应的饱和温度，从而既改变了饱和压力，又能够达到稳态实验的条件；接着可在饱和液内进行池沸腾实验。
2.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，内端盖的材质为聚四氟乙烯。
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