CN206710919U - 热对流实验装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种热对流实验装置，包括，壳体，壳体限定有空腔；顶板和底板，顶板与壳体的顶部可拆卸地紧固连接，底板与壳体的底部可拆卸地紧固连接；顶板包括第一温度控制器，底板包括第二温度控制器，第一温度控制器可控地设置为第一温度，第二温度控制器可控地设置为第二温度且第一温度、第二温度和流体温度彼此不同，使得流体形成对流；第一温度传感器监控第一温度；第二温度传感器监控第二温度；第三温度传感器监控流体的温度；温度调节器，所述温度调节器接收第一温度和第二温度，并根据第一温度、第二温度和流体的温度，调节第一温度和第二温度。本申请能够迅速地且可控地形成较高的瑞利数且对其有效实时监控。
Description
技术领域
本实用新型涉及湍流领域，特别涉及一种热对流实验装置。
背景技术
自由运动换热是现在科学研究的热门之一，自由运动换热是指参与换热的流体由于各部分温度不均匀而形成密度差，从而在重力场或者其他力场中产生浮升力，在所述浮升力引发的运动所产生的换热过程。
自由运动换热现象广泛存在于工业各个领域，例如，热力管道、热力设备、锅炉炉体等与周围的环境之间的换热都是自由运动换热，自由运动换热的强度取决于流体沿固体换热表面的流动状态及其发展情况，而这些又与流体流动的空间和换热表面的形状、尺寸、表面与流体之间的温差、流体的种类与物性参数等许多因素有关，是一个受众多因素影响的复杂过程。
但是，现在对自由运动换热的研究仍然处于探索阶段，亟需更好的装置对自由运动换热进行深入的研究。
发明内容
本实用新型解决的问题是提供一种更佳的研究自由运动换热的热对流实验装置。
本实用新型提供一种热对流实验装置，包括：壳体，所述壳体限定有空腔，所述空腔用于装载流体；顶板和底板，所述顶板与所述壳体的顶部可拆卸地紧固连接，所述底板与所述壳体的底部可拆卸地紧固连接；其中，所述顶板包括第一温度控制器，所述底板包括第二温度控制器，其中，所述第一温度控制器可控地设置为第一温度，所述第二温度控制器可控地设置为第二温度且第一温度、第二温度和流体温度彼此不同，使得所述流体形成对流；设置在顶板内的第一温度传感器，所述第一温度传感器监控第一温度；设置在底板内的第二温度传感器，所述第二温度传感器监控第二温度；设置在空腔内的第三温度传感器，所述第三温度传感器监控流体的温度；温度调节器，所述温度调节器接收第一温度和第二温度，并根据第一温度、第二温度和流体的温度，调节第一温度和第二温度。
可选的，所述顶板朝向腔体的表面为粗糙表面。
可选的，所述顶板朝向腔体的表面具有若干金字塔状凸起。
可选的，所述金字塔状凸起的底面为正方形，侧面为等边三角形。
可选的，所述底板朝向腔体的表面为粗糙表面。
可选的，所述底板朝向腔体的表面具有若干金字塔状凸起。
可选的，所述金字塔状凸起的底面为正方形，侧面为等边三角形。
可选的，所述第一温度控制器为双螺旋水冷器或加热器。
可选的，所述第二温度控制器为双螺旋水冷器或加热器。
可选的，所述第一温度控制器线性可控地设置第一温度且所述第二温度控制器抛物线可控地设置第二温度；或所述第一温度控制器脉冲可控地设置第一温度且所述第二温度控制器抛物线可控地设置第二温度；或所述第一温度控制器脉冲可控地设置第一温度且所述第二温度控制器线性可控地设置第二温度；或所述第一温度控制器阶梯可控地设置第一温度且所述第二温度控制器阶梯可控地设置第二温度；或所述第一温度控制器阶梯可控地设置第一温度且所述第二温度控制器线性可控地设置第二温度；或所述第一温度控制器阶梯可控地设置第一温度且所述第二温度控制器抛物线可控地设置第二温度；或所述第一温度控制器阶梯可控地设置第一温度且所述第二温度控制器抛物线可控地设置第二温度。
与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下优点：本实施例的热对流实验装置能够迅速地且可控地形成较高的瑞利数(大于等于1014)且对其有效实时监控。
附图说明
图1为一实施例的热对流实验装置示意图；
图2为一实施例的顶板的示意图；
图3为一实施例的顶部的分解示意图；
图4为一实施例的底板的示意图。
图5和图6为一实施例的热对流实验装置放置于湍流实验平台的示意图。
具体实施方式
自由运动换热涉及很多领域，例如，大自然的大气对流和地幔对流、生活中电脑CPU散热、核电站的冷却塔冷却等。对自由运动换热的研究是现在的一个热点。但是，现在尚无一种能够迅速地且可控地形成迅速地且可控地形成较高的瑞利数(大于等于1014)且对其有效实时监控的实验模拟装置。
为了便于理解本申请，对湍流流动的进行如下定义：
湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合，形成湍流，又称为乱流、扰流或紊流。
在自然界中，我们常遇到流体作湍流，如江河急流、空气流动、烟囱排烟等都是湍流。
湍流是在大雷诺数下发生的，雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的湍流流场。
当流速逐渐增大时，流动会从层流状态逐步转化为湍流状态：为了能够普遍性的研究流动问题，将流速进行无量纲化转变雷诺数(Reynolds number，缩写为Re，一种可用来表征流体流动情况的无量纲数)。
其中，
v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。例如流体流过圆形管道，则d为管道的当量直径。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流，也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。
雷诺数较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性，流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场。
而同样在热对流中，同样会遇到层流流动和湍流流动的现象，由于热对流是由于温度导致液体的浮力产生变化，进而产生流动的现象，并且热力流动和液体的热导率以及黏性系数有关，为此，使用瑞利数(Rayleigh number，缩写为Ra)来替代雷诺数进行研究。
其中，
g是重力加速度，β是液体的热扩散系数，Δ是温差，υ是液体的动力黏性系数，κ是液体的热扩散系数。当Ra超过1010时，流动变为湍流状态。
然而要研究瑞利数较高的湍流状态，作为一些实施例，可以通过提升上下板的温差，以及加热以及冷却板的距离来进行研究，或者选用热扩散系数高，动力粘度以及热扩散系数底的液体来进行研究，然而由于物质沸点限制，温差不能提升过高；而由于实验条件限制，容器高度也不能过高。
基于上述条件，使用气体进行实验对应的公式为：
Ra＝βgL3ΔTρ2Cp/(λη)
其中η＝ρυ，
λ＝ρCpκ，
其中Cp是气体的热容量，由公式得知
Ra公式中分母各项均不受压强影响
即，Ra∝ΔTρ2∝ΔTρ2M2
M为所用气体的相对分子质量；
由于实验条件所限制，在一些实施例中，设定温差有限，所以为了得到更高的湍流度，采取综合控制压强以及温差的方式来得到更高的瑞利数(1014)。
但是在实验过程中，压强提高的同时，空间内部水蒸气会液化，增大空间内部的湿度，从而改变空间内部的密度ρ以及热导率β，热扩散系数κ，动力粘度υ，因此，需要根据压强增大的情况，进行维持湿度，从而保持以上各项物性参数不变，否则，测量得到的瑞利数则会有较大偏差。
在一些实施例中，在高压下研究湍流时，由于压强过高，会导致水蒸气液化，使得气体相关的各项物性参数改变，这样便会导致Ra数的变化。
为此，本申请提供一种热对流实验装置，能够迅速地且可控地形成较高的瑞利数(大于等于1014)且对其有效实时监控。
作为一些实施例，本申请的热对流实验装置包括：壳体，顶板和底板。进一步的，本申请的热对流实验装置还可以包括可控设置温度的第一温度控制器和第二温度控制器且第一温度、第二温度和装载在壳体内的流体的温度彼此都不相同，以使得所述流体迅速地且可控地形成对流。
在一些实施例中，本申请的热对流实验装置还可以包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和温度调节器，其中第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器设置在特定的位置，分别监控第一温度、第二温度和流体温度，而温度调节器接收第一温度和第二温度，并根据第一温度、第二温度和流体的温度，调节第一温度和第二温度。
请参考图1，在一些实施例中，壳体110为圆筒状，立方体状，长方体状，球体状，类圆筒状，类立方体状，类长方体状，类球体状，或不规则体状。
所述壳体110的材料为塑料、陶瓷或合金，作为一些实施例，所述壳体100的材料为亚格力。本领域的技术人员可以根据实际需要选择所述壳体110的厚度，在此特意说明，不应过分限制本申请的保护范围。所述壳体110的厚度为1cm-5cm，较佳地，所述壳体110的厚度为1.5cm-2cm。为了能够避免系统因为长时间运行而导致的氧化现象，所述壳体110的内侧进行镀铬，其厚度大约为5mm，从而有效的避免了锈蚀问题。在一些实施例中，所述壳体110的高度为200cm-300cm。
所述壳体110限定有空腔，所述空腔用于装载流体以形成热对流，所述流体可以为水或其他液体。所述空腔的尺寸应该设置为能够放置实验所需的器件。在一些实施例中，所述流体较佳地选用全氟己烷，作为一些实施例，选用热膨胀系数是0.00156m2/k，动力粘度是0.38*10-6m/s2，热扩散系数为3.34*10-8/s2。在同样的实验条件下(同样温差以及容器)，Ra至少能够达到原来的50倍。
请继续参考图1，在一些实施例中，顶板120与所述壳体110的顶部可拆卸地紧固连接，以密封所述壳体110的顶部。作为一些实施例，所述顶板120的周向设置有多个贯穿所述顶板120的螺孔，所述壳体110的顶部也设置有与所述顶板120的螺孔对应的螺孔，采用螺栓将所述顶板120与所述壳体110进行固定。在其他的一些实施例中，也可以采用锁扣、卡扣或螺纹等固定方式，将所述顶板120与所述壳体110进行紧固连接。在一些实施例中，所述顶板120的厚度为1cm-5cm；顶板120沿壳体长度方向的剖面形状为圆形，所述顶板120的直径为30cm至70cm。为了能够避免系统因为长时间运行而导致的氧化现象，所述顶板120的内侧进行镀铬，其厚度大约为5mm，从而有效的避免了锈蚀问题。
在一些实施例中，所述顶板120的厚度如果太小容易由于温度波动的影响导致温度不均匀，如果太厚则可能导致所需均匀时间太长从而不易于探测其实际温度。作为一些实施例，所述顶板120的厚度较佳为1.5cm-2cm。
在一些实施例中，所述顶板120朝向腔体的表面为粗糙表面。在另一些实施例中，请参考图2，所述顶板120朝向腔体的表面具有若干金字塔状凸起。在一些实施例中，所述金字塔状凸起的底面为正方形，侧面为等边三角形。以利于加快形成热对流。在一些实施例中，所述顶板120的表面为光滑表面。在一些实施例中，所述顶板120的表面为可更换表面，所述顶板120的表面可以拆卸以更换不同的边界条件。
在一些实施例中，所述顶板120的材料为金属材料、塑料材料或者复合材料，例如304号不锈钢。
在一些实施例中，请参考图3，所述顶板120包括：可更换的隔离板121以及双螺旋水冷器122。所述双螺旋水冷器122包括两条分立的螺旋水冷通道123，从而能够以较小的温差对腔体内的液体进行可控精确降温。在一些实施例中，所述顶板120可以包括单螺旋水冷器；在一些实施例中，所述顶板120可以包括栅栏式水冷器。所述顶板120的水冷器耦接控制主机，通过控制主机，可以直接在温度设置界面上设置水冷的温度和速率。
在一些实施例中，所述顶板120可以由双层结构构成，具体包括：下密封板，所述下密封板可以自由更替，所述下密封板用于密封所述壳体110的顶部。所述下密封板材料可以是亚克力板。所述下密封板朝向腔体的表面为可以为粗糙表面或者为光滑表面。并且可以根据实际需要，进行更替。设置在下密封板上的水冷器，在一些实施例中，所述水冷器为双螺旋水冷器。在一些实施例中，所述水冷器还包括温度探测器，且所述水冷器耦接控制主机，通过控制主机，可以控制水冷却的流速、流量以及通过的液体类型。在一些实施例中，以双螺旋水冷器为例，两条分立的螺旋水冷通道可以通过相同的流速、流量以及液体类型，也可以通过不同的流速、流量以及液体类型。例如，第一螺旋水冷通道可以以第一流速和第一流量通过第一类型的水冷液进行冷却，第二螺旋水冷通道可以以第二流速和第二流量通过第二类型的水冷液进行冷却。第一流速可以与第二流速相同或不同，第一流量可以与第二流量相同或不同。作为一些实施例，第一类型的水冷液可以是水，第二类型的水冷液可以是乙醇或丙酮。
需要说明的是，在一些实施例中，所述水冷器的底面也可以为可更换的粗糙表面或者为光滑表面，在一些实施例中，将所述水冷器设置为直接朝向腔体。所述水冷器朝向腔体的表面具有若干金字塔状凸起。在一些实施例中，所述金字塔状凸起的底面为正方形，侧面为等边三角形。以利于加快形成热对流。在一些实施例中，等边三角形边长可以为为1.5mm，3mm，6mm等。
作为一些实施例，所述水冷器可以设施有温度探测器，所述温度探测器可以是一个或多个，例如，在第一螺旋水冷通道设置有若干第一温度探测器，在第二螺旋水冷通道设置有若干第一温度探测器。所述第一温度探测器探测的温度存储于存储器。需要说明的是，温度探测器设置的位置和数量可以根据需要进行设置。
在一些实施例中，请依旧参考图1，在一些实施例中，底板130与所述壳体110的底部可拆卸地紧固连接，以密封所述壳体110的底部。所述底板130的厚度为1cm-5cm。所述底板130沿壳体长度方向的剖面形状为圆形，所述底板130的直径为30cm至70cm。为了能够避免系统因为长时间运行而导致的氧化现象，所述底板130的内侧进行镀铬，其厚度大约为5mm，从而有效的避免了锈蚀问题。
作为一些实施例，所述底板130的周向设置有多个贯穿所述底板130的螺孔，所述壳体110的底部也设置有与所述底板130的螺孔对应的螺孔，采用螺栓将所述底板130与所述壳体110进行固定。在其他的一些实施例中，也可以采用锁扣、卡扣或螺纹等固定方式，将所述底板130与所述壳体110进行紧固连接。
在一些实施例中，所述底板130朝向腔体的表面为粗糙表面。在另一些实施例中，请参考图4，所述底板130朝向腔体的表面具有若干金字塔状凸起。在一些实施例中，所述金字塔状凸起的底面为正方形，侧面为等边三角形。以利于加快形成热对流。在一些实施例中，所述金字塔状凸起的底面为正方形，侧面为等边三角形。以利于加快形成热对流。在一些实施例中，等边三角形边长可以为为1.5mm，3mm，6mm等。
在一些实施例中，所述底板130的表面为光滑表面。在一些实施例中，所述底板130的表面为可更换表面，所述底板130的表面可以拆卸以更换不同的边界条件。
在一些实施例中，所述底板130的材料为金属材料、塑料材料或者复合材料，例如镀铬的45号钢。
在一些实施例中，所述底板130包括：加热器。所述加热器可以为电阻加热器、红外加热器或其他类型的加热器。作为一些实施例，所述底板130可以由三层结构构成，具体包括：上密封板，所述上密封板用于密封所述壳体110的底部。所述下密封板材料可以是亚克力板。所述上密封板朝向腔体的表面为可以为粗糙表面或者为光滑表面。并且可以根据实际需要，进行更替。位于上密封板下的中间层，所述中间层设置有加热器。在一些实施例中，所述中间层还具有第二温度探测器用于探测加热器的温度。所述加热器耦接于控制主机，控制主机可以根据需求，控制加热器的加热温度和加热速率。例如控制加热温度的电压和加热时间。第二温度探测器可以将探测到温度存储于存储器，控制主机可以调用存储于存储器的温度数据。
在另一些实施例中，所述顶板可以包括加热器，而所述底板可以包括双螺旋水冷器。
需要说明的是，在空腔的内部，设置有第三温度传感器，所述第三温度传感器监控流体的温度。所述第三温度传感器获取的温度存储于存储器，控制主机可以调用存储于存储器的温度数据。
在一些实施例中，所述顶板与所述底板的温差设置为每次提升2摄氏度，且根据设置在顶板和底板的若干第一温度探测器和第二温度探测器来判断温度是否达到稳定状态，在顶板和底板温度达到稳定状态后，进行进行操作。并获取相关的实验数据，例如温度、达到温度温度的时间等。
在一些实施例中，通过加热器和/水冷器，所述水冷器线性可控地设置第一温度且所述加热器控制器抛物线可控地设置第二温度；或所述水冷器脉冲可控地设置第一温度且所述加热器抛物线可控地设置第二温度；或所述水冷器脉冲可控地设置第一温度且所述加热器线性可控地设置第二温度；或所述水冷器阶梯可控地设置第一温度且所述加热器阶梯可控地设置第二温度；或所述水冷器阶梯可控地设置第一温度且所述加热器线性可控地设置第二温度；或所述水冷器阶梯可控地设置第一温度且所述加热器抛物线可控地设置第二温度；或所述水冷器阶梯可控地设置第一温度且所述加热器抛物线可控地设置第二温度。从而所述顶板可以线性的降温，所述底板可以抛物线的升温。或所述顶板可以抛物线的降温，所述底板可以线性的升温。或所述顶板可以抛物线的降温，所述底板可以抛物线的升温。
在一些实施例中，本申请的热对流实验装置可以通过控制主机进行设置参数并输出相关的数据曲线，作为一些实施例，控制主机接受控制参数，所述控制参数包括：顶板的第一温度，底板的第二温度，腔体的湿度和压强；作为一些实施例，控制主机控制水冷器设定温度为第一温度，第一温度传感器对顶板的实时温度进行检测，并将检测结果传送给控制主机，控制主机将检测结果与第一温度进行比较，如果检测结果大于第一温度，则控制水冷器进行降温，如果检测结果小于第一温度，则控制水冷器进行加温，直至顶板的实时温度等于第一温度，当实时温度等于第一温度时，第一温度传感器将检测温度结果传送给控制主机，控制主机将获取的温度数据与时间的曲线输出。在一些实施例中，控制主机输出顶板的温度数据与时间的曲线图。作为一些实施例，控制主机控制加热器设定温度为第二温度，第二温度传感器对底板的实时温度进行检测，并将检测结果传送给控制主机，控制主机将检测结果与第一温度进行比较，如果检测结果小于第二温度，控制加热器进行加热，直至实时温度等于第二温度时，第二温度传感器将检测结果传送给控制主机，控制主机将获取的温度数据与时间曲线输出。在一些实施例中，控制主机输出底板的温度数据与时间的曲线图。作为一些实施例，控制主机设定腔室压强为第一压强，设置在腔室内的压强传感器对压强进行监控，如果压强大于或小于第一压强时，控制主机控制调节阀进行调节直至腔室压强等于第一压强。当腔室压强等于第一压强时，控制主机记录腔室的实时压强数据与对应的时间。在一些实施例中，控制数据输出腔室的实时压强数据与时间的曲线图。作为一些实施例，控制主机设置腔体湿度为第一湿度，设置在腔室内的湿度传感器对腔室的实时湿度进行监控，当实时湿度大于第一湿度时，控制除湿器降低腔室内的湿度，当实时湿度小于第一湿度时，控制加湿器升高腔室内的湿度。直至腔室内的湿度等于第一湿度，其中，湿度传感器将实时湿度的数据传送给控制主机。控制主机控制加湿器和除湿器进行调节腔室湿度。当实时湿度等第一湿度时，控制主机记录腔室的实时湿度数据与对应的时间。在一些实施例中，控制主机输出实时湿度与时间的曲线图。
根据所述控制参数控制顶板的水冷器、底板的加热器以及腔室的气体流量和流体的流量和流速，将顶板的温度设置在第一温度，底板的温度设置在第二温度，以及相应的设置腔室的湿度和压强；在控制顶板和底板的温度以及腔室的湿度和压强的过程中，第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器分别获取顶板、底板和腔体的温度；另外通过设置在腔室内的压强传感器和湿度传感器获取腔室的压强和湿度，并将温度数据、压强数据和湿度数据发送至控制主机的存储器。
在一些实施例中，本申请的热对流实验装置还可以通过手机进行控制，作为一些实施例，手机端发送控制参数，所述控制参数包括：顶板的第一温度，底板的第二温度，腔体的湿度和压强；控制主机接受所述控制参数，并根据所述控制参数控制顶板的水冷器、底板的加热器以及腔室的气体流量和流体的流量和流速，将顶板的温度设置在第一温度，底板的温度设置在第二温度，以及相应的设置腔室的湿度和压强；在控制顶板和底板的温度以及腔室的湿度和压强的过程中，第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器分别获取顶板、底板和腔体的温度；另外通过设置在腔室内的压强传感器和湿度传感器获取腔室的压强和湿度，并将温度数据、压强数据和湿度数据发送至控制主机的存储器，然后，控制主机将温度数据、压强数据和湿度数据传送给手机端。其中，控制主机与手机端可以通过蓝牙、无线、WiFi、红外、有线、互联网、3G、4G或物联网通信连接。在另一些实施例中，控制主机可以对温度数据、压强数据和湿度数据进行处理，并将处理之后的结果发送至手机端。
在一些实施例中，请参考图5和图6，热对流实验装置201可以在高温高压的极端条件下运行并且进行测量相关参数，热对流实验装置201可以放置于湍流实验平台200内进行高温高压的极端条件的实验。所述湍流实验平台200能够实现瑞利数Ra的变化范围为1014倍，其包括：耐高温，防腐且防磨损的材料的筒体。在一些实施例中，所述筒体的材料为屈服强度小于等于345MPa的合金钢材。作为一些实施例，所述合金钢材的杂质为碳质量百分比小于等于0.2，锰质量百分比小于等于1.7，硅质量百分比小于等于0.5，磷质量百分比小于等于0.035，硫质量百分比小于等于0.035；作为一些实施例，所述合金钢材的杂质为碳质量百分比小于等于0.15，锰质量百分比小于等于1.6，硅质量百分比小于等于0.5，磷质量百分比小于等于0.035，硫质量百分比小于等于0.025。所述筒体的一端具有开口，所述开口用于将热对流实验装置放入压力容器(即湍流实验平台)中另外也更方便人观察压力容器内部环境及布置情况。
在一些实施例中，所述筒体仅在一端有开口。在另一些实施例中，所述筒体在相对的两端都有开口。
为了能够密闭开口，所述筒体在靠近端部的位置具有固定部。所述固定部可以为枢轴，以便于将盖体连接于筒体上。
连接在固定部上的盖体，所述盖体的大小与开口的大小匹配。较优地，所述盖体的大小略大于开口。所述盖体通过连接轴和固定部可控地密封所述开口，其中，所述盖体设置为沿连接轴轴向转动，以开启或密封所述开口；所述筒体和盖体共同限定密闭腔体，其中所述腔体至少适于容纳湍流实验的设备。
需要说明的是，为了保证筒体内的密封特性，以提高瑞利数Ra的变化范围，盖体的边缘的一周设置有与腔体螺栓或铆钉固定连接孔，在后续进行湍流实验之前，可以通过转轴合上盖体，然后通过螺栓或铆钉将盖体与筒体固定。为了提高密闭性，盖体的内侧可以设置有垫圈或垫片；在其他的实施例中，筒体的端部可以设置有垫圈或垫片。在一些实施例中，盖体的垫圈或垫片具有沿轴向向壳体延伸的凸缘；在一些实施例中，筒体的垫圈或垫片具有沿轴向向盖体延伸的凸缘；作为一些优选例，盖体的垫圈或垫片具有若干沿轴向向壳体延伸的凸缘，筒体的垫圈或垫片具有若干沿轴向向盖体延伸的凸缘，其中盖体垫圈或垫片的凸缘的位置与筒体垫圈或垫片的凸缘的位置错开，从而能够提高密闭性的同时，降低施加在垫圈或垫片上的应力，以提高器件使用寿命。
在一些实施例中，为了便于开关盖体，可以在盖体的外侧设置把手。
在一些实施例中，盖体的形状为圆形、方形或者其他形状。
本申请的封闭湍流对流实验的平台还包括：若干气体传输组件，所述气体传输组件连通所述腔体且设置于筒体表面，所述气体传输组件适于为所述腔体进气和/或排气提供通路，从而控制所述腔体内的压力。在一些实施例中，若干气体传输装置包括安全阀210，排气阀211和进气阀212。
在一些实施例中，气体传输组件可以为法兰。所述气体传输组件设置在筒体的上侧。
在本实施例中，气体传输组件包括进气通路和排气通路。其中，进气通路连接气源，以控制腔体内的压力。作为一些实施例，所述气源选用SF6。排气通路可以连接排气泵，用于在实验之后对腔体进行排气。
所述封闭湍流对流实验的平台还包括：至少一个的液体输送组件，所述液体输送组件连通所述腔体且设置于壳体表面，所述液体输送组件适于为所述腔体输送液体提供通路。所述液体可以为水、乙醇、丙酮或者其他的工作液体。在一些实施例中，所述液体输送组件包括：除湿设备连接组件213和水路连接组件214。
作为一些实施例，所述壳体的底部还设置有排水口，用于在实验之后，排空腔体内的液体。
所述实验平台还包括若干线路连通组件，所述线路连通组件为所述腔体内提供线路通路。
所述线路通路可以为供电线路、传输线路或通信线路，例如电缆、电线或光纤提供通路，以实现对腔体内部实现供电、供能以及数据交换。在一些实施例中，所述线路通路包括电路连接组件215。
在一些实施例中，所述线路连通组件包括安装于筒体的线路固定接头，所述线路固定接头一端连接在筒体上，例如通过螺纹固定在贯穿筒体的通孔内。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种热对流实验装置，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体限定有空腔，所述空腔用于装载流体；
顶板和底板，所述顶板与所述壳体的顶部可拆卸地紧固连接，所述底板与所述壳体的底部可拆卸地紧固连接；其中，所述顶板包括第一温度控制器，所述底板包括第二温度控制器，其中，所述第一温度控制器可控地设置为第一温度，所述第二温度控制器可控地设置为第二温度且第一温度、第二温度和流体温度彼此不同，使得所述流体形成对流；
设置在顶板内的第一温度传感器，所述第一温度传感器监控第一温度；
设置在底板内的第二温度传感器，所述第二温度传感器监控第二温度；
设置在空腔内的第三温度传感器，所述第三温度传感器监控流体的温度；
温度调节器，所述温度调节器接收第一温度和第二温度，并根据第一温度、第二温度和流体的温度，调节第一温度和第二温度。
2.如权利要求1所述的热对流实验装置，其特征在于，所述顶板朝向腔体的表面为粗糙表面。
3.如权利要求2所述的热对流实验装置，其特征在于，所述顶板朝向腔体的表面具有若干金字塔状凸起。
4.如权利要求3所述的热对流实验装置，其特征在于，所述金字塔状凸起的底面为正方形，侧面为等边三角形。
5.如权利要求1所述的热对流实验装置，其特征在于，所述底板朝向腔体的表面为粗糙表面。
6.如权利要求5所述的热对流实验装置，其特征在于，所述底板朝向腔体的表面具有若干金字塔状凸起。
7.如权利要求6所述的热对流实验装置，其特征在于，所述金字塔状凸起的底面为正方形，侧面为等边三角形。
8.如权利要求1所述的热对流实验装置，其特征在于，所述第一温度控制器为双螺旋水冷器或加热器。
9.如权利要求1所述的热对流实验装置，其特征在于，所述第二温度控制器为双螺旋水冷器或加热器。
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106802681A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-06-06 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 热对流实验装置 |
| CN111161603A (zh) * | 2020-03-05 | 2020-05-15 | 清华大学 | 一种超重力驱动的湍流对流系统实验平台 |
| CN115033039A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-09 | 南方科技大学 | 控温组件、离散热源对流控制装置及控制方法 |
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