CN114002262A - 一种四面可视的带压流动沸腾实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，涉及流动沸腾传热实验装置领域。一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，包括加热组件，以及设置于加热组件上的加热元件和固定部件；加热组件包括第一导流板和第二导流板，第一导流板与第二导流板均为透明结构，第二导流板设置于第一导流板上，第一导流板与第二导流板之间限定形成流动沸腾通道，加热元件设置于第二导流板上。该四面可视的带压流动沸腾实验装置，其能够极大的提升沸腾腔室的密封性能，极大的提升对流动沸腾通道室内汽泡行为特征观察角度的维度，极大的提升加热元件的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及流动沸腾传热实验装置领域，具体而言，涉及一种四面可视的带压流动沸腾实验装置。
背景技术
流动沸腾广泛应用于设备热管理系统及能源动力系统，在化工、航空航天、核能等领域普遍存在。然而，目前流动沸腾传热机制并不明确。流动沸腾过程中汽相行为对传热传质过程有着重要影响。因此，汽液两相行为特性的获取对于揭示流动沸腾传热机制至关重要。可视化技术是获取汽液行为直接有效的途径。此外，系统压力对汽液行为有着直接的影响，因此需要获得更高压力下的汽液行为。
现有的相关技术主要以单面可视化为主，或者常压下的四面可视化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，从而实现带压条件下对流动沸腾通道内汽泡行为的多角度观测。
本发明的实施例是这样实现的：
本申请实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，包括加热组件，以及设置于加热组件上的加热元件和固定部件；加热组件包括第一导流板和第二导流板，第一导流板与第二导流板均为透明结构，第二导流板设置于第一导流板上，第一导流板与第二导流板之间限定形成流动沸腾通道，加热元件设置于第二导流板上。
在本发明的一些实施例中，上述加热组件上设置有进水口和出水口，进水口和出水口均与流动沸腾通道连通。
在本发明的一些实施例中，上述加热元件包括透明导电镀膜层和电极柱，透明导电镀膜层与电极柱连接，透明导电镀膜层覆设于第二导流板远离第一导流板一侧。
在本发明的一些实施例中，上述透明导电镀膜层上间隔设置有多个温度传感器。
在本发明的一些实施例中，上述固定部件包括第一固定板和第二固定板，第一固定板与第二固定板上均开设有容纳腔，第一导流板与第二导流板部分设置于容纳腔内。
在本发明的一些实施例中，上述固定部件还包括固定钉和两个固定螺母，固定钉贯穿设置于第一固定板与第二固定板上，两个固定螺母分别设置于固定钉的两端。
在本发明的一些实施例中，上述第一固定板上开设有第一观测口。
在本发明的一些实施例中，上述第一固定板和第二固定板与加热组件的衔接处设置有密封垫圈。
在本发明的一些实施例中，上述第一导流板为高纯石英玻璃制成。
在本发明的一些实施例中，上述第二导流板由蓝宝石玻璃制成。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本申请实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，包括加热组件，以及设置于加热组件上的加热元件和固定部件；加热组件包括第一导流板和第二导流板，第一导流板与第二导流板均为透明结构，第二导流板设置于第一导流板上，第一导流板与第二导流板之间限定形成流动沸腾通道，加热元件设置于第二导流板上。上述加热组件用于将实验的流体的进行加热至沸腾，便于实验数据的获取。上述加热元件用于对加热组件进行能量的供应，使其能够将实验的液体进行加热，便于实验数据的观察与获取。上述固定部件用于固定加热元件和加热组件，将其固定，使其整个装置的密封性能更好，可获得更全面的可视化实验数据。上述第一导流板上开设有导流槽，上述第二导流板设置于导流槽内，上述第二导流板与第一导流板之间限定形成流动沸腾通道，上述第二导流板与上述导流槽的侧壁之间密封连接，其能提供密封带压的实验环境，获得多维角度的可视化实验数据。上述第一导流板与第二导流板均为透明结构，便于对流动沸腾通道内部进行实时的观测，便于记录相关数据。上述加热元件设置于第二导流板上，其第二导流板为传热板，用于将加热元件产生的热量传递至流动沸腾通道中。
因此，该四面可视的带压流动沸腾实验装置，其能够极大的提升其密封性能，极大的提升对流动沸腾通道室内汽泡行为特征观察角度的维度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的俯视图；
图2为图1中A处的剖视图；
图3为图1中B处的剖视图。
图标：1-第一固定板；2-电极柱；3-流动沸腾通道；4-固定钉；5-第二导流板；6-透明导电镀膜层；7-第二固定板；8-进水口；9-第一导流板；10-出水口；11-密封垫圈；12-电极固定板；13-温度传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
请参照图1～图3，图1所示为本发明实施例的俯视图，图2为图1中A处的剖视图，图3为图1中B处的剖视图。
本实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，包括加热组件，以及设置于加热组件上的加热元件和固定部件；加热组件包括第一导流板9和第二导流板5，第一导流板9与第二导流板5均为透明结构，第二导流板5设置于第一导流板9上，第一导流板9与第二导流板5之间限定形成流动沸腾通道3，加热元件设置于第二导流板5上。上述加热组件用于将实验的流体的进行加热至沸腾，便于实验数据的获取。上述加热元件用于对加热组件进行能量的供应，使其能够将实验的液体进行加热，便于实验数据的观察与获取。上述固定部件用于固定加热元件和加热组件，将其固定，使其整个装置的密封性能更好，其实验精度更佳，可获得更精确的实验数据。上述第一导流板9上开设有导流槽，上述第二导流板5设置于导流槽内，上述第二导流板5与导流槽之间限定形成流动沸腾通道3，上述第二导流板5与上述导流槽的侧壁之间密封连接，其能提供密封带压的实验环境，获得多维角度的可视化实验数据。上述第一导流板9与第二导流板5均为透明结构，便于对流动沸腾通道3内部进行实时的观测，便于记录相关数据。上述加热元件设置于第二导流板5上，其第二导流板5为传热板，用于将加热元件产生的热量传递至流动沸腾通道3中。
实施例2
请参照图2和图3，图2为图1中A处的剖视图，图3为图1中B处的剖视图。
本实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，与实施例1提供的实验器材基本相同，其主要区别在于：加热组件上设置有进水口8和出水口10，进水口8和出水口10均与流动沸腾通道3连通。上述进水口8垂直设置于上述第一导流板9上，并且贯穿至第一导流板9和固定部件流动沸腾通道3中与之连通。上述进水口8用于对流动沸腾通道3进行液体的供应，方便快捷。
同理，上述出水口10垂直设置于上述第一导流板9上，并且贯穿第一导流板9和固定部件至流动沸腾通道3中与之连通。上述出水口10用于对流动沸腾通道3中使用完的液体进行排放。
实施例3
请参照图2和图3，图2为图1中A处的剖视图，图3为图1中B处的剖视图。
本实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，与实施例1提供的实验器材基本相同，其主要区别在于：加热元件包括透明导电镀膜层6和电极柱2，透明导电镀膜层6与电极柱2连接，透明导电镀膜层6覆设于第二导流板5远离第一导流板9一侧。上述透明导电镀膜层6用于将电能转化为热能，并且通过第二导流板5将其产生的热能传递至流动沸腾通道3内部，便于热量的产生和降低传递过程中热量的散失。并且该透明导电镀膜层6便于对流动沸腾通道3内部的实验液体进行实时的观测，便于实验数据的记录。上述电极柱2用于电能的传导，将其传递至透明导电镀膜层6。
在本实施例中，上述电极柱2上套设有电极固定板12，用于支撑上述电极柱2，提升其电极柱2的稳定性。
在本实施例中，上述电极柱2包括三根柱体，其中间柱体为正极，其两侧电极柱2为负极，其能增加实验的安全性；其电极柱2的材料选用紫铜，又名红铜，具有很好的导电性和导热性，塑性极好，易于热压和冷压力加工，大量用于制造电线、电缆、电刷、电火花专用蚀电蚀铜等要求导电性良好的产品。紫铜良好的导电性能是作为电极材料的理想材料，但是并不局限于紫铜材料，也可以是其性质与其相似的其他材料。
在本实施例中，采用三根电极导电的方法在满足最大加热功率300kw/㎡的同时，供电直流电压仅需约230V，增加其实验的安全性。
在本实施例中，上述电极柱2与透明导电镀膜层6之间填充有导电胶，该导电胶用以减少接触电阻。
在本实施例中，上述透明导电镀膜层6材料选用ito导电膜(氧化铟锡)，ITO导电膜是指采用磁控溅射的方法，在透明有机薄膜材料上溅射透明氧化铟锡(ITO)导电薄膜镀层并经高温退火处理得到的导电膜，其导电性能好。
实施例4
请参照图1，图1所示为本发明实施例的俯视图。
本实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，与实施例1提供的实验器材基本相同，其主要区别在于：透明导电镀膜层6上间隔设置有多个温度传感器13。上述温度传感器13用于实时的检测上述透明导电镀膜层6上的温度。具体的，在本实施中，通过多个温度传感器13能够检测多个地方的温度，然后去掉其最低最高的温度，测量其平均值，更能体现实验数据的真实性。并且可以实时的根据对应的温度观测液体的汽泡，便于对实验数据的研究。
在本实施例中，温度传感器13是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。在本实施例中，采用接触式的电阻式的温度传感器13，温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度，一般测量精度较高。其测量的精度高是作为上述温度传感器13的理想材料，但是不局限于此，也可以其他的材料。
实施例5
请参照图2和图3，图2为图1中A处的剖视图，图3为图1中B处的剖视图。
本实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，与实施例1提供的实验器材基本相同，其主要区别在于：固定部件包括第一固定板1和第二固定板7，第一固定板1与第二固定板7上均开设有容纳腔，第一导流板9与第二导流板5部分设置于容纳腔内。上述第一导流板9与上述第二导流板5的中心位置均开设有容纳槽，合并能形成间隙的容纳腔，便于使用者观测四周流动沸腾通道3，便于实时的记录流动沸腾通道3中的实验数据。上述第一固定板1和第二固定板7能将加热组件进行压合固定，能提升其流动沸腾通道3的密封性能。
实施例6
请参照图2和图3，图2为图1中A处的剖视图，图3为图1中B处的剖视图。
本实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，与实施例1提供的实验器材基本相同，其主要区别在于：固定部件还包括固定钉4和两个固定螺母，固定钉4贯穿设置于第一固定板1与第二固定板7上，两个固定螺母分别设置于固定钉4的两端。上述第一固定板1与上述第二固定板7上均开设有固定孔，其用于安装上述第一固定板1和第二固定板7，并且将第一固定板1和第二固定板7进行限位，使其固定更加稳定。上述固定螺母设置于上述固定钉4的两端，能够调节上述第一固定板1和第二固定板7之间的位置，从而可以调节流动沸腾通道3的密封性。
实施例7
请参照图2和图3，图2为图1中A处的剖视图，图3为图1中B处的剖视图。
本实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，与实施例1提供的实验器材基本相同，其主要区别在于：第一固定板1上开设有第一观测口。上述第一固定板1对应第一导流板9的透明导电镀膜层6上述开设有第一观测口，便于观测流动沸腾通道3中的汽泡，可从汽泡核化面底部观察其泡底行为特征。
同时采用红外摄像仪可拍摄加热面的温度分布，实时记录壁面沸腾过程中壁面发热侧温度的变化特征。
实施例8
请参照图2和图3，图2为图1中A处的剖视图，图3为图1中B处的剖视图。
本实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，与实施例1提供的实验器材基本相同，其主要区别在于：在本实施例的一些实施方式中，上述第一固定板1和第二固定板7与加热组件的衔接处设置有密封垫圈11。上述密封垫圈11套设与固定钉4上，其密封垫圈11的贴合与第一固定板1和第二固定板7上述密封垫圈11用于消除第一固定板1和第二固定板7与第一导流板9和第二导流板5之间的间隙，提升其密封性能，从而增加实验数据的精确度。
在本实施例中，上述密封垫圈11可选用石棉橡胶垫片以石棉纤维、橡胶为主要原料再辅以橡胶配合剂和填充料，经过混合搅拌、热辊成型、硫化等工序制成。石棉橡胶垫片根据其配方、工艺性能及用途的不同，可分为普通石棉橡胶垫片和耐油石棉橡胶垫。根据使用的温度和压力不同又可以分为低压石棉橡胶垫片，中压石棉橡胶垫片和高压石棉橡胶垫片。主要应用在水、水蒸气、油类、溶剂、中等酸、碱的密封以及中、低压法兰连接的密封中。石棉橡胶垫片其优异的密封性能是作为上述密封垫圈11的理想材料但是不局限于上述石棉橡胶垫片，也可以是其他类似材料。
实施例9
请参照图2，图2为图1中A处的剖视图。
本实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，与实施例1提供的实验器材基本相同，其主要区别在于：第一导流板9为高纯石英玻璃制成。石英玻璃，是由各种纯净的天然石英(如水晶、石英砂等)熔化制成。线膨胀系数极小，是普通玻璃的1/10～1/20，有很好的抗热震性。它的耐热性很高，经常使用温度为1100℃～1200℃，短期使用温度可达1400℃。石英玻璃主要用于实验室设备和特殊高纯产品的提炼设备。由于它具有高的光谱透射，不会因辐射线损伤(其他玻璃受辐射线照射后会发暗)，因此也是用于宇宙飞船、风洞窗和分光光度计光学系统的理想玻璃。石英玻璃是一种二氧化硅单一组分的特种工业技术玻璃。这种玻璃硬度大可达莫氏七级，具有耐高温、膨胀系数低、耐热震性、化学稳定性和电绝缘性能良好，并能透过紫外线和红外线。除氢氟酸、热磷酸外，对一般酸有较好的耐酸性。按透明度分为透明和不透明两大类。按纯度分为高纯、普通和掺杂三类。用水晶，硅石，硅化物为原料，经高温熔化或化学气相沉积而成。熔制方法有电熔法、气炼法等。
实施例10
请参照图2，图2为图1中A处的剖视图。
本实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，与实施例1提供的实验器材基本相同，其主要区别在于：第二导流板5由蓝宝石玻璃制成。蓝宝石玻璃，类似刚玉成分，硬度为9，可以通过添加各种化学元素，生成各种之颜色，而常用的是无色的。它的优点较普通玻璃硬度更高。蓝宝石玻璃/红宝石玻璃有着很好的热特性，极好的电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀，它耐高温，导热好，硬度高，透红外，化学稳定性好。因此常用它来代替其它光学材料制作光学元件、透红外线光学窗片，并被广泛地应用于红外及远红外军用装备方面，如：应用于夜视红外和远红外瞄准镜、夜视摄像机等仪器和卫星、空间技术的仪器仪表中以及用作高功率激光器的窗口、各种光学棱镜、光学窗口、UV和IR窗口及透镜、低温实验的观察口，在航海航天航空用高精密仪器仪表等方面得到充分应用。
在本实施例中，在蓝宝石玻璃的侧面涂上缓冲玻璃胶(图中未示出)，缓冲玻璃胶可防止在实验过程中蓝宝石玻璃与石英玻璃之间挤压进行发生破裂。
在使用时，将上述进水口8与出水口10连接测试流体，然后将电极柱2对应的接通电源，观察期流动沸腾通道3内的变化，借助高速摄影技术可捕获汽泡行为和界面演化特征，特别是由于本实验段的加热面为透明可视的，可从汽泡核化面底部观察其泡底行为特征；同时采用红外摄像仪可拍摄加热面的温度分布，实时记录壁面沸腾过程中壁面发热侧温度的变化特征。
综上，本发明的实施例提供一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，包括加热组件，以及设置于加热组件上的加热元件和固定部件；加热组件包括第一导流板9和第二导流板5，第一导流板9与第二导流板5均为透明结构，第二导流板5设置于第一导流板9上，第一导流板9与第二导流板5之间限定形成流动沸腾通道3，加热元件设置于第二导流板5上。上述加热组件用于将实验的流体的进行加热至沸腾，便于实验数据的获取。上述加热元件用于对加热组件进行能量的供应，使其能够将实验的液体进行加热，便于实验数据的观察与获取。上述固定部件用于固定加热元件和加热组件，将其固定，使其整个装置的密封性能更好，其实验精度更佳，可获得更精确的实验数据。上述第一导流板9上开设有导流槽，上述第二导流板5设置于导流槽内，上述第二导流板5与导流槽之间限定形成流动沸腾通道3，上述第二导流板5与上述导流槽的侧壁之间密封连接，其能提供密封带压的实验环境，获得高精度的实验的数据。上述第一导流板9与第二导流板5均为透明结构，便于对流动沸腾通道3内部进行实时的观测，便于记录相关数据。上述加热元件设置于第二导流板5上，其第二导流板5为传热板，用于将加热元件产生的热量传递至流动沸腾通道3中。因此，该四面可视的带压流动沸腾实验装置，其能够极大的提升其密封性能，极大的提升对流动沸腾通道3室内汽泡行为特征观察角度的维度。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种四面可视的带压流动沸腾实验装置，其特征在于，包括加热组件，以及设置于所述加热组件上的加热元件和固定部件；
所述加热组件包括第一导流板和第二导流板，所述第一导流板与所述第二导流板均为透明结构，所述第二导流板设置于所述第一导流板上，所述第一导流板与所述第二导流板之间限定形成流动沸腾通道，所述加热元件设置于所述第二导流板上。
2.根据权利要求1所述的四面可视的带压流动沸腾实验装置，其特征在于，所述加热组件上设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口均与所述流动沸腾通道连通。
3.根据权利要求1所述的四面可视的带压流动沸腾实验装置，其特征在于，所述加热元件包括透明导电镀膜层和电极柱，所述透明导电镀膜层与所述电极柱连接，所述透明导电镀膜层覆设于所述第二导流板远离所述第一导流板一侧，所述透明导电镀膜层用于控制所述加热元件的温度。
4.根据权利要求3所述的四面可视的带压流动沸腾实验装置，其特征在于，所述透明导电镀膜层上间隔设置有多个温度传感器。
5.根据权利要求1所述的四面可视的带压流动沸腾实验装置，其特征在于，所述固定部件包括第一固定板和第二固定板，所述第一固定板与所述第二固定板上均开设有容纳腔，所述第一导流板与所述第二导流板部分设置于所述容纳腔内。
6.根据权利要求5所述的四面可视的带压流动沸腾实验装置，其特征在于，所述固定部件还包括固定钉和两个固定螺母，所述固定钉贯穿设置于所述第一固定板与所述第二固定板上，两个所述固定螺母分别设置于所述固定钉的两端。
7.根据权利要求6所述的四面可视的带压流动沸腾实验装置，其特征在于，所述第一固定板上开设有第一观测口。
8.根据权利要求7所述的四面可视的带压流动沸腾实验装置，其特征在于，所述第一固定板和所述第二固定板与所述加热组件的衔接处设置有密封垫圈。
9.根据权利要求1所述的四面可视的带压流动沸腾实验装置，其特征在于，所述第一导流板为高纯石英玻璃制成。
10.根据权利要求1所述的四面可视的带压流动沸腾实验装置，其特征在于，所述第二导流板由蓝宝石玻璃制成。
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