CN116878812A - 从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型及实验方法，涉及低温结霜研究领域，圆管结霜实验模型包括：底座、冷媒液体进管、冷媒液体出管和圆管；底座内第一腔体与冷媒液体进管连通，第二腔体与冷媒液体出管连通，所述底座上设有圆管安装孔，将所述圆管安装孔分隔为第一半圆孔和第二半圆孔，第一半圆孔与第一腔体连通，第二半圆孔与第二腔体连通，圆管内设有第二隔片，第二隔片首端延伸至所述圆管的首端，第二隔片的尾端向所述圆管的尾端延伸，第二隔片的尾端与所述圆管的尾端之间有间隙，圆管的首端用于安装在圆管安装孔内且安装后第二隔片与第一隔片对接，本发明能够观测圆管表面轴向的霜层厚度分布及结霜形貌。
Description
技术领域
本发明涉及低温结霜研究领域，具体地，涉及从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型及实验方法。
背景技术
某新型低温换热器可将高速流动的高温气体迅速冷却至深低温。当气体被冷却至零下温度后，空气的饱和湿度将大大降低，由此将导致空气中的水蒸气在换热单元的低温表面凝华为霜。这种在高速气流流过换热单元的低温表面结霜的行为属于强对流条件下的低温表面结霜问题。自然对流或低速流动条件下的结霜，霜层较疏松，结霜过程中有明显的稀疏分布的羽毛状晶枝形貌，靠近低温表面的霜层密度较大，靠近霜层表面的霜层密度较小。不同于自然对流或低速流动条件下的结霜，由于气流强烈的剪切作用以及较薄的边界层，强对流条件下结霜的霜层较致密、没有晶枝形貌，且靠近低温表面的霜层密度较小、靠近霜层表面的霜层密度较大。为研究强对流条件下低温圆管的结霜行为特点与规律，需要开展圆管结霜实验并对结霜情况进行观测。在圆管结霜实验中需要在圆管中通入低温冷媒从而使圆管表面发生结霜，现有的圆管结霜实验中，冷媒液体从圆管的一端通入并从圆管另一端流出，在圆管的两端均有冷媒液体接头阻挡视线，只能从圆管径向方向观测结霜情况，这样就只能观测到圆管前缘和圆管后缘的霜层厚度，无法从轴向方向观测圆管表面周向霜层厚度分布及结霜形貌。
发明内容
为了观测圆管表面轴向的霜层厚度分布及结霜形貌，本发明提出了从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型及实验方法，以满足从圆管的一端观测圆管表面结霜情况的需求。
为实现上述目的，本发明提供了从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型，所述圆管结霜实验模型包括：
底座、冷媒液体进管、冷媒液体出管和圆管；其中，所述底座内设有第一腔体和第二腔体，第一腔体与冷媒液体进管连通，第二腔体与冷媒液体出管连通，所述底座上设有圆管安装孔，所述圆管安装孔内设有第一隔片将所述圆管安装孔分隔为第一半圆孔和第二半圆孔，所述第一半圆孔与所述第一腔体连通，所述第二半圆孔与所述第二腔体连通，所述圆管内设有第二隔片，第二隔片首端延伸至所述圆管的首端，所述第二隔片的尾端向所述圆管的尾端延伸，所述第二隔片的尾端与所述圆管的尾端之间有间隙，所述圆管的首端用于安装在所述圆管安装孔内且安装后所述第二隔片与所述第一隔片对接。
其中，本发明将传统的冷媒液体从圆管一侧进然后从另一侧出的方案改进为一侧进出，另一侧进行观察，避免了在圆管的两端均有冷媒液体接头阻挡视线，实现了观测圆管表面轴向的霜层厚度分布及结霜形貌。
优选的，所述第二隔片将所述圆管内部分隔为第一流道、第二流道和U型流道，第一流道一端与所述U型流道的一端连通，所述U型流道的另一端与所述第二流道连通。通过依次连通的第一流道、U型流道和第二流道实现了冷媒液体在圆管内实现单侧流入和流出。
优选的，所述圆管的首端为开口端，所述圆管的尾端为密封端。利用密封端可以防止冷媒液体从尾端流出，实现单侧流入和流出。
优选的，所述第二隔片为金属片，一方面利用金属的良好延展性，在满足强度要求的情况下，第二隔片可以很薄，有利于最大提升圆管内第一流道和第二流道的截面积；另一方面利用其良好的导热性，传导圆管内第一流道中冷媒和第二流道中冷媒的热量，减小第一流道和第二流道中冷媒的温差，以提升整个圆管温度的均匀性。
优选的，第一腔体和第二腔体中分别与第一半圆孔和第二半圆孔的对应位置处均安装有热电偶，以测量进出圆管的冷媒温度。
优选的，所述圆管结霜实验模型还包括隔热管套，风洞试验段上开设有隔热管套安装孔，所述隔热管套安装在所述隔热管套安装孔内，所述隔热管套用于套设在所述圆管上，利用隔热管套可以减小低温圆管与风洞实验段壁面的传热。
本发明还提供了一种基于所述的从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型的实验方法，所述实验方法包括：
步骤1：将所述圆管的尾端穿过所述隔热管套安装孔，然后从所述风洞试验段另一侧壁面上的孔中穿出；
步骤2：对所述圆管结霜实验模型进行安装固定；
步骤3：开启冷媒液体的传输；
步骤4：开启风洞进行试验，利用气流吹向所述圆管；
步骤5：观测所述圆管的结霜情况获得试验结果。
通过本方法可以进行圆管结霜实验，并且能够获得圆管表面轴向的霜层厚度分布及结霜形貌的试验结果。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
使用本圆管结霜实验模型，可从轴向方向观测结霜情况，用于研究低温圆管表面的结霜状态，特别是能够观测圆管表面轴向的结霜情况，可用于研究强对流条件下圆管表面各处结霜情况不同的结霜行为。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1为圆管轴向、径向和周向各方向示意图；
图2为圆管结霜实验模型的结构示意图；
图3为底座的结构示意图；
图4为圆管与底座的安装示意图；
图5为圆管首端的端面结构示意图；
图6为圆管结霜实验模型在风洞试验段中进行试验的示意图；
其中，1-底座，2-冷媒液体进管，3-冷媒液体出管，4-圆管，5-第一腔体，6-第二腔体，7-圆管安装孔，8-第一隔片，9-第二隔片，10-隔热管套。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
请参考图1-图5，图2为圆管结霜实验模型的结构示意图，图3为底座的结构示意图，图4为圆管与底座的安装示意图，图5为圆管首端的端面结构示意图，本发明实施例一提供了一种从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型，所述圆管结霜实验模型包括：
底座1、冷媒液体进管2、冷媒液体出管3和圆管4；其中，所述底座内设有第一腔体5和第二腔体6，第一腔体与冷媒液体进管连通，第二腔体与冷媒液体出管连通，所述底座上设有圆管安装孔7，所述圆管安装孔内设有第一隔片8将所述圆管安装孔分隔为第一半圆孔和第二半圆孔，所述第一半圆孔与所述第一腔体连通，所述第二半圆孔与所述第二腔体连通，所述圆管内设有第二隔片9，第二隔片首端延伸至所述圆管的首端，所述第二隔片的尾端向所述圆管的尾端延伸，所述第二隔片的尾端与所述圆管的尾端之间有间隙，所述圆管的首端用于安装在所述圆管安装孔内且安装后所述第二隔片与所述第一隔片对接。
其中，所述第二隔片与所述第一隔片采用粘接的方式进行对接。
其中，在本发明实施例中，所述圆管的首端为开口端，所述圆管的尾端为密封端。
其中，在本发明实施例中，所述圆管结霜实验模型还包括隔热管套10，风洞试验段上开设有隔热管套安装孔，所述隔热管套安装在所述隔热管套安装孔内，所述隔热管套用于套设在所述圆管上。
本发明的工作原理为：在圆管的一端同时设置冷媒液体的进出口，圆管中间设置第一隔片将圆管内部划分为两部分，这两部分流道分别对应冷媒液体的进口和出口。圆管内中间的第一隔片与圆管另一端留有一段距离以联通两部分流道，并将圆管另一端封堵住。由此形成从圆管一端进出冷媒冷却圆管，可从圆管另一端观测的结霜实验圆管模型。
实施例二
在实施例一的基础上，请参考图6，图6为圆管结霜实验模型在风洞试验段中进行试验的示意图，本发明实施例二提供了一种基于所述的从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型的实验方法，所述方法包括：
步骤1：将所述圆管的尾端穿过所述隔热管套安装孔，然后从所述风洞试验段另一侧壁面上的孔中穿出；
步骤2：对所述圆管结霜实验模型进行安装固定；
步骤3：开启冷媒液体的传输；
步骤4：开启风洞进行试验，利用气流吹向所述圆管；
步骤5：观测所述圆管的结霜情况获得试验结果。
其中，在本发明实施例二中，圆管结霜实验模型包括圆管与底座，其中，圆管可以为Φ5 mm 的铜管，隔热管套即为铜管套。在与风洞实验段壁面接触位置，铜管套Φ8 mm×1.5 mm 的硅胶管套，安装于实验段上Φ8 mm 的安装孔中，使用硅胶管套的目的是减小低温铜管与实验段壁面的传热，安装孔处的壁面加厚至20 mm，以保证铜管与实验段壁面垂直。铜管内径为Φ4mm，铜管的一端密封，内部安装一片长条形金属薄片（本例中采用金属铝片）将管内分割为两个半圆形流道，铜管另一端的两个流道进出口分别对准粘接到树脂底座的冷媒进出接口上，由此得到可以从圆管端头观测结霜情况的圆管结霜模型，树脂底座两个腔体中正对进出口的位置安装T 型裸头热电偶，以测量进出铜管的冷媒温度。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型，其特征在于，所述圆管结霜实验模型包括：
底座、冷媒液体进管、冷媒液体出管和圆管；其中，所述底座内设有第一腔体和第二腔体，第一腔体与冷媒液体进管连通，第二腔体与冷媒液体出管连通，所述底座上设有圆管安装孔，所述圆管安装孔内设有第一隔片将所述圆管安装孔分隔为第一半圆孔和第二半圆孔，所述第一半圆孔与所述第一腔体连通，所述第二半圆孔与所述第二腔体连通，所述圆管内设有第二隔片，第二隔片首端延伸至所述圆管的首端，所述第二隔片的尾端向所述圆管的尾端延伸，所述第二隔片的尾端与所述圆管的尾端之间有间隙，所述圆管的首端用于安装在所述圆管安装孔内且安装后所述第二隔片与所述第一隔片对接。
2.根据权利要求1所述的从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型，其特征在于，所述第二隔片将所述圆管内部分隔为第一流道、第二流道和U型流道，第一流道一端与所述U型流道的一端连通，所述U型流道的另一端与所述第二流道连通。
3.根据权利要求1所述的从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型，其特征在于，所述圆管的首端为开口端，所述圆管的尾端为密封端。
4.根据权利要求1所述的从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型，其特征在于，所述第二隔片为金属片。
5.根据权利要求1所述的从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型，其特征在于，第一腔体和第二腔体中分别与第一半圆孔和第二半圆孔的对应位置处均安装有热电偶。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型，其特征在于，所述圆管结霜实验模型还包括隔热管套，风洞试验段上开设有隔热管套安装孔，所述隔热管套安装在所述隔热管套安装孔内，所述隔热管套用于套设在所述圆管上。
7.基于权利要求6所述的从轴向方向观测结霜的圆管结霜实验模型的实验方法，其特征在于，所述实验方法包括：
步骤1：将所述圆管的尾端穿过所述隔热管套安装孔，然后从所述风洞试验段另一侧壁面上的孔中穿出；
步骤2：对所述圆管结霜实验模型进行安装固定；
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| A STUDY OF THE AIR-SIDE HEAT TRANSFER AND PRESSURE DROP CHARACTERISTICS OF TUBE-FIN \'NO-FROST\' EVAPORATORS BARBOSA, JR 等: "A study of the air-side heat transfer and pressure drop characteristics of tube-fin \'no-frost\' evaporators", APPLIED ENERGY, vol. 86, no. 9, XP026065526, DOI: 10.1016/j.apenergy.2008.11.027 * |
| 李翠 等: "低温管路管外结霜过程的数值模拟研究", 低温工程 * |
| 来进琳: "空温式翅片管气化器在低温工况下的传热研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑, no. 11 * |
| 沈斌贤 等: "飞机结冰冰型微结构特征的分形研究", 航空动力学报, vol. 26, no. 05 * |
| 赖建波 等: "翅片管式换热器表面结霜特性的数值分析和实验研究", 低温工程 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116878812B (zh) | 2023-11-17 |
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