CN204028026U - 一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置，包括一温控检测装置，所述温控检测装置包括换热表面温度控制系统和流动沸腾检测单元；所述换热表面温度控制系统包括一加热装置，所述加热装置上端设有一延长部；所述流动沸腾检测单元包括上端板，下端板和位于所述上端板和所述下端板之间的玻璃板框，所述上端板，所述下端板和所述玻璃板框围成一换热空间。本实用新型采用宽通道可以减少压力波动对于流动沸腾的影响，采用透明的玻璃板框便于观察沸腾过程中气泡的形成和脱离，通过实验参数测量计算出换热表面上流动沸腾的热流密度；本实用新型可以更换换热表面，从而研究不同换热表面的流动沸腾传热特性。

Description

一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置
技术领域
本实用新型涉及流动沸腾换热领域，具体地说是一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置。
背景技术
流动沸腾作为高效换热效果已经得到广泛的应用，提高流动沸腾的传热特性在传热和制冷领域中越来越被重视。对换热表面的改进是强化流动沸腾换热的有效方法。因此研究不同换热表面对流动沸腾换热效果的影响至关重要。
目前流动沸腾试验操作，大多研究圆管内或是微、窄矩形通道的流动沸腾，实验台的测试部分都是做成一体的，无法局部更换，而且从装置外部也无法观察内部实验现象。而且在圆管内或是微、窄矩形通道内的压力较高，并对流动沸腾实验产生影响。
实用新型内容
根据上述提出的现有技术无法局部更换、观察内部实验现象以及内部压力较高等技术问题，而提供一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置
本实用新型采用的技术手段如下：
一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置，包括一温控检测装置，
所述温控检测装置包括换热表面温度控制系统和流动沸腾检测单元；
所述换热表面温度控制系统包括一加热装置，
所述加热装置上端设有一延长部，所述延长部上设有多个安装温度传感器的孔，所述孔的轴线垂直于所述延长部的延长方向，所述延长部的材质为铜；
所述流动沸腾检测单元包括上端板，下端板和位于所述上端板和所述下端板之间的玻璃板框，所述上端板，所述下端板和所述玻璃板框围成一换热空间，
所述上端板上设有工质流体入口，工质流体出口和多个安装温度传感器的通孔，所述工质流体入口和所述工质流体出口分别位于所述上端板的两端，
所述下端板上设有容纳所述延长部的通槽，所述通槽靠近所述下端板的上表面的一端设有一换热片，所述换热片的上表面与所述下端板的上表面处于同一平面内，
所述流动沸腾检测单元通过一支撑部支撑。
进一步地，所述延长部的侧壁与所述通槽的内壁之间设有用于填充隔热材料的间隙，所述延长部的顶端与所述换热片之间涂有导热硅脂。
进一步地，所述加热装置呈实心圆柱状，所述实心圆柱的材质为铜，所述加热装置内嵌有四个绕所述加热装置的轴线均匀分布的筒状加热器，所述筒状加热器的轴线平行于所述加热装置的轴线。
进一步地，所述上端板与所述玻璃板框之间以及所述下端板与所述玻璃板框之间分别通过槽连接，所述槽与所述玻璃板框之间还设有密封垫，所述上端板的材质和所述下端板的材质均为铝。
进一步地，所述支撑部包括上支板，下支板和位于所述上支板和所述下支板的肋板，所述加热装置的下端通过隔热衬垫与所述下支板的上表面连接，所述延长部穿过所述上支板。
进一步地，所述间隙为1mm。
进一步地，所述上支板上设有多个用于调整所述流动沸腾检测单元的水平度的蝶形螺钉。
进一步地，所述实验装置还包括水循环系统，水温控制系统和数据采集系统；
所述水循环系统包括恒温储液器，所述恒温储液器上设有水位计和电磁离心泵，所述电磁离心泵通过流量计与所述工质流体入口连通，所述电磁离心泵与所述流量计之间还设有与所述恒温储液器连通的旁通阀；
所述水温控制系统包括冷却器和位于所述恒温储液器内的加热器，所述冷却器通过过滤器与所述工质流体出口连通，所述冷却器与所述恒温储液器还通过管路一连通；
所述数据采集系统包括用于采集温度数据的温度传感器和用于分析温度数据的计算机；
工作状态下，所述恒温储液器内的工质通过所述电磁离心泵泵入到所述流动沸腾检测单元，并依次通过所述过滤器和所述冷却器回到所述恒温储液器内，工质分别经过所述恒温储液器，所述电磁离心泵，所述流量计，从所述工质流体入口进入到所述流动沸腾检测单元，从所述工质流体出口离开所述流动沸腾检测单元，经过所述过滤器进入到所述冷却器，并最终回到所述恒温储液器内。
与现有技术相比，本实用新型采用宽通道可以减少压力波动对于流动沸腾的影响，因此研究不同换热表面时，采用宽通道可以更加客观的评价换热面的流动沸腾换热效果。
本实用新型采用透明的玻璃板框，便于观察沸腾过程中气泡的形成和脱离，从而判断换热表面对流动沸腾的影响。
本实用新型通过实验参数测量计算出换热表面上流动沸腾的热流密度，并可调节换热表面温度及工质流体温度和流量。通过对不同工质温度和不同工质流量时的实验数据进行分析对比研究换热表面对流动沸腾换热的影响。
本实用新型可以更换换热表面，从而研究不同换热表面的流动沸腾传热特性。
基于上述理由本实用新型可在流动沸腾换热领域等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型的温控检测装置结构示意图。
图2是图1中A-A向示意图。
图3是本实用新型的温控检测装置的俯视图。
图4是图3中B-B向示意图。
图5是本实用新型的具体实施方式中实验装置结构示意图。
图6是本实用新型的具体实施方式中实验装置的左视图。
图7是本实用新型的具体实施方式中实验装置的右视图。
图8是本实用新型的具体实施方式中实验装置的俯视图。
其中，1、温控检测装置，2、恒温储液箱，3、冷却器，4、真空表，5、压力表，6、温度表；
11、加热装置，12、流动沸腾检测单元，13、支撑部，21、水位计，22、电磁离心泵，23、流量计，24、旁通阀，31、过滤器，32、连接板，33、管路一，34、支座；
111、延长部，112、筒状加热器，113、隔热衬垫，121、上端板，122、下端板，123、玻璃板框，124、螺栓，131、上支板，132、下支板，133、肋板；
1111、温度传感器一，1112、温度传感器二，1113、温度传感器三，1114、温度传感器四，1211、工质流体入口，1212、工质流体出口，1213、温度传感器五，1214、温度传感器六，1215、温度传感器七，1221、通槽，1222、换热片，1231、密封垫，1311、蝶形螺钉。
具体实施方式
如图1-图4所示，一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置，包括一温控检测装置1，
所述温控检测装置1包括换热表面温度控制系统和流动沸腾检测单元12；
所述换热表面温度控制系统包括一加热装置11，
所述加热装置上端设有一延长部111，所述延长部111上设有四个安装温度传感器的孔，所述孔的轴线垂直于所述延长部111的延长方向，所述延长部111的材质为铜，四个所述孔内分别安装有温度传感器一1111，温度传感器二1112，温度传感器三1113，温度传感器四1114，所述温度传感器二1112，所述温度传感器三1113和所述温度传感器四1114沿所述延长部111的延长方向分布，所述温度传感器一1111与所述温度传感器二1112所在平面垂直于所述延长部111的延长方向；
所述流动沸腾检测单元12包括上端板121，下端板122和位于所述上端板121和所述下端板122之间的玻璃板框123，所述上端板121，所述下端板122和所述玻璃板框123围成一换热空间并通过八组螺栓124与螺母配合紧固，
所述上端板121上设有工质流体入口1211，工质流体出口1212和三个安装温度传感器的通孔，所述工质流体入口1211和所述工质流体出口1212分别位于所述上端板121的两端，三个所述通孔内分别安装有温度传感器五1213，温度传感器六1214和温度传感器七1215，所述工质流体入口1211上还设有真空表4，所述恒温储液箱2的顶端上设有压力表5，所述恒温储液箱2的侧壁上设有温度表6；
所述下端板122上设有容纳所述延长部111的通槽1221，所述通槽1221靠近所述下端板122的上表面的一端设有一换热片1222，所述换热片1222的上表面与所述下端板122的上表面处于同一平面内，所述温度传感器六1214位于所述换热片1222的正上方；
所述工质流体入口1211，所述温度传感器五1213，所述温度传感器六1214，所述温度传感器七1215和所述工质流体出口1212沿所述上端板121长度方向依次排列，
所述流动沸腾检测单元12通过一支撑部13支撑。
所述延长部111的侧壁与所述通槽1221的内壁之间设有用于填充隔热材料的间隙，所述延长部111的顶端与所述换热片1222之间涂有导热硅脂。
所述加热装置11呈实心圆柱状，所述实心圆柱的材质为铜，所述加热装置11内嵌有四个绕所述加热装置11的轴线均匀分布的筒状加热器112，所述筒状加热器112的轴线平行于所述加热装置11的轴线。
所述上端板121与所述玻璃板框123之间以及所述下端板122与所述玻璃板框123之间分别通过槽连接，所述槽与所述玻璃板框123之间还设有密封垫1231，所述上端板121的材质和所述下端板122的材质均为铝。
所述支撑部13包括上支板131，下支板132和位于所述上支板131和所述下支板132的肋板133，所述加热装置11的下端通过隔热衬垫113与所述下支板132的上表面连接，所述延长部111穿过所述上支板131。
所述间隙为1mm。
所述上支板131上设有四个用于调整所述流动沸腾检测单元12的水平度的蝶形螺钉1311，四个所述蝶形螺钉1311分别位于所述上支板131的四个角。
如图5-图8所示，所述实验装置还包括水循环系统，水温控制系统和数据采集系统；
所述水循环系统包括恒温储液器2，所述恒温储液器2上设有水位计21和电磁离心泵22，所述电磁离心泵22通过流量计23与所述工质流体入口1211连通，所述电磁离心泵22与所述流量计23之间还设有与所述恒温储液器2连通的旁通阀24；
所述水温控制系统包括冷却器3和位于所述恒温储液器2内的加热器，所述冷却器3通过过滤器31与所述工质流体出口1212连通，所述冷却器3与所述恒温储液器2还通过管路一33连通，所述冷却器3上还设有支座34，所述冷却器3与所述恒温储液器2之间通过连接板32固定连接；
工作状态下，所述恒温储液器2内的工质通过所述电磁离心泵22泵入到所述流动沸腾检测单元12，并依次通过所述过滤器31和所述冷却器3回到所述恒温储液器2内。
下面以一具体实施例来详细说明本实用新型测试系统的操作步骤：
(1)将所述换热片1222清洁后用耐高温胶固定在所述通槽1221靠近所述下端板122的上表面的一端,所述换热片1222的上表面与所述下端板122的上表面处于同一平面内。
(2)安装所述流动沸腾检测单元12，通过拧动蝶形螺母和用水平尺测量调节检测单元的水平位置。
(3)采用去矿物质水作为工质流体注入到所述恒温储液器2，进行一段时间的加热除气后开启所述电磁离心泵22。
(4)调节工质流体过冷度、换热表面过热度、工质流体流量，并在各参数达到稳态时记录数据。
(5)进行各稳态下的流动沸腾现象的图像采集和实验结果分析。
得到的测试结果如下：
所述温度传感器一1111采集的温度数据为T1＝122.65℃，所述温度传感器二1112采集的温度数据为T2＝123.47℃，所述温度传感器三1113采集的温度数据为T3＝125.74℃，所述温度传感器四1114采集的温度数据为T4＝128.31℃，所述温度传感器五1213采集的温度数据为T5＝80.01℃，所述温度传感器六1214采集的温度数据为T6＝79.83℃，所述温度传感器七1215采集的温度数据为T7＝79.77℃，
以上数据测量时室温为T0＝26.74℃，
在一个标准大气压下，水的沸点Tsat为100℃，
换热表面过热度为：
其中，T为换热表面温度，x2-x为换热表面到所述温度传感器二1112的距离，单位为米，x3-x2为所述温度传感器三1113到所述温度传感器二1112的距离，单位为米。
工质流体过冷度：
ΔTsub＝Tsat-T5＝100-80.01≈20℃
换热表面上的热流密度：
q = k T 3 - T 2 x 3 - x 2 = 383.8 × 125.74 - 123.47 0.01 = 87122.6 W / m 2
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置，其特征在于：所述实验装置包括一温控检测装置，
所述温控检测装置包括换热表面温度控制系统和流动沸腾检测单元；
所述换热表面温度控制系统包括一加热装置，
所述加热装置上端设有一延长部，所述延长部上设有多个安装温度传感器的孔，所述孔的轴线垂直于所述延长部的延长方向，所述延长部的材质为铜；
所述流动沸腾检测单元包括上端板，下端板和位于所述上端板和所述下端板之间的玻璃板框，所述上端板，所述下端板和所述玻璃板框围成一换热空间，
所述上端板上设有工质流体入口，工质流体出口和多个安装温度传感器的通孔，所述工质流体入口和所述工质流体出口分别位于所述上端板的两端，
所述下端板上设有容纳所述延长部的通槽，所述通槽靠近所述下端板的上表面的一端设有一换热片，所述换热片的上表面与所述下端板的上表面处于同一平面内，
所述流动沸腾检测单元通过一支撑部支撑。
2.根据权利要求1所述的一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置，其特征在于：所述延长部的侧壁与所述通槽的内壁之间设有用于填充隔热材料的间隙，所述延长部的顶端与所述换热片之间涂有导热硅脂。
3.根据权利要求1所述的一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置，其特征在于：所述加热装置呈实心圆柱状，所述实心圆柱的材质为铜，所述加热装置内嵌有四个绕所述加热装置的轴线均匀分布的筒状加热器，所述筒状加热器的轴线平行于所述加热装置的轴线。
4.根据权利要求1所述的一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置，其特征在于：所述上端板与所述玻璃板框之间以及所述下端板与所述玻璃板框之间分别通过槽连接，所述槽与所述玻璃板框之间还设有密封垫，所述上端板的材质和所述下端板的材质均为铝。
5.根据权利要求1所述的一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置，其特征在于：所述支撑部包括上支板，下支板和位于所述上支板和所述下支板的肋板，所述加热装置的下端通过隔热衬垫与所述下支板的上表面连接，所述延长部穿过所述上支板。
6.根据权利要求2所述的一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置，其特征在于：所述间隙为1mm。
7.根据权利要求5所述的一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置，其特征在于：所述上支板上设有多个用于调整所述流动沸腾检测单元的水平度的蝶形螺钉。
8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的一种研究换热表面对流动沸腾换热影响的实验装置，其特征在于：所述实验装置还包括水循环系统，水温控制系统和数据采集系统；
所述水循环系统包括恒温储液器，所述恒温储液器上设有水位计和电磁离心泵，所述电磁离心泵通过流量计与所述工质流体入口连通，所述电磁离心泵与所述流量计之间还设有与所述恒温储液器连通的旁通阀；
所述水温控制系统包括冷却器和位于所述恒温储液器内的加热器，所述冷却器通过过滤器与所述工质流体出口连通，所述冷却器与所述恒温储液器还通过管路一连通；
所述数据采集系统包括用于采集温度数据的温度传感器和用于分析温度数据的计算机；
工作状态下，所述恒温储液器内的工质通过所述电磁离心泵泵入到所述流动沸腾检测单元，并依次通过所述过滤器和所述冷却器回到所述恒温储液器内。
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