CN210533939U - 用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，包括超声悬浮模块、外部加热模块、温度诊断模块、气氛调节模块和控制模块。所述超声悬浮模块包括超声悬浮器、罩设于外周的隔离罩以及作为高温热源的导热球体。所述外部加热模块包括能够透过所述隔离罩的非接触加热方式使导热球体升温至特定温度的CO2激光器。本实用新型可有效避免悬挂带来的热量迁移，方便研究不同气氛下被测固体颗粒或液滴受热发生反应对热辐射特性的影响；可确保辐射热源温度的快速响应和稳定；为实验操作提供了极大便利。
Description
技术领域
本实用新型涉及热辐射特性的测量装置，尤其涉及一种细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置。
背景技术
固体颗粒或液滴间的热辐射特性是其工程应用中重要的热物理性质，涉及传热传质、燃烧、材料制备、储能等多个工程技术领域。热辐射是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象，是传热的三种方式之一。一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线传播。固体颗粒或液滴间的热辐射特性取决于温度、表面积、辐射率、距离等参数的共同作用。而上述参数又会受到固体颗粒或液滴在高温下发生化学反应或相变，以及周围气体流动等因素的影响。因此，对不同固体颗粒或液滴在不同条件下的热辐射特性展开研究，探索改善其热辐射特性的技术和方法，对优化其热物理性能，解决相关工程领域关键技术问题有重要价值。
对于大粒径的固体颗粒或液滴，通常采用悬挂法对其进行固定，再进行热辐射特性测量。但对于微米至毫米级的细微固体颗粒或液滴，悬挂引起的热量迁移会造成测量结果的显著偏差。因此，需要设法排除被测固体颗粒或液滴与外部接触的干扰。此外，为保证测量结果的准确性，还需要为被测固体颗粒或液滴提供对温度要求快速响应、稳定性佳的高温热源，并利用准确、可靠的温度诊断设备对高温热源温度和被测固体颗粒或液滴表面的温度分布进行监测。现有的固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置难以满足上述需求，有必要开发新的测量装置和方法。
实用新型内容
发明目的：本实用新型提供了一种用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，该装置解决了悬挂引起热量迁移造成测量结果显著偏差的问题；同时，解决了高温热源对温度要求响应慢、稳定性差和温度监测不准确、可靠性差的问题。
技术方案：本实用新型的用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，包括超声悬浮模块、外部加热模块以及温度诊断模块。
所述超声悬浮模块包括超声悬浮器、罩设于外周的隔离罩以及作为高温热源的导热球体。
所述超声悬浮器包括纵向自上而下发射超声频率声波的扬声器阵列、与所述扬声器阵列相对设置的反射面板，并能够在扬声器阵列和反射面板间形成不少于3个声压为零的声压节点，且能够使导热球体和被测固体颗粒或液滴稳定悬浮。
所述外部加热模块包括能够透过所述隔离罩的非接触加热方式使导热球体升温至特定温度的CO2激光器。
所述温度诊断模块包括能够测定所述导热球体温度的双色测温仪、以及用于同时测量被测固体颗粒或液滴表面温度二维分布情况的红外热像仪。
为实现对高温热源温度和被测细微固体颗粒或液滴表面的温度分布的准确、可靠监测，所述双色测温仪和红外热像仪的测温量程不低于CO2激光器的加热温度上限(2000℃左右)，其中双色测温仪的测量辐射率设置为导热球体的表面辐射率，红外热像仪的测量辐射率设置为被测固体颗粒或液滴的表面辐射率。
所述测量装置还包括气氛调节模块，所述气氛调节模块包括用于调节所述隔离罩内气氛的气瓶，所述气瓶通过气体管路与隔离罩内部连通，且所述气瓶包括惰性气体气瓶和氧化性气体气瓶。
所述测量装置还包括控制模块，所述控制模块包括用于数据采集的数据采集卡和用于各模块参数设置及启停控制的计算机。通过数据采集卡采集并记录所述温度诊断模块获得的测量数据，通过个人计算机进行所述超声悬浮器、数据采集卡和温度诊断模块各设备的运行参数设置和启停控制。
为方便切换和控制被测细微固体颗粒或液滴所处的环境气氛，所述隔离罩由玻璃材料制成，并通过密封卡扣罩设于所述超声悬浮器外周身并使其密闭，且拆卸过程中不影响所述超声悬浮器的正常运行。
所述隔离罩顶部设有进气管道和出气管道，可对超声悬浮模块内气氛进行切换与维持。
所述隔离罩侧身设有锗玻璃视窗，对所述红外热像仪测温波长(7.5-14.0μm)具有良好的透过率。
为保证被测细微固体颗粒或液滴能够稳定悬浮，所述扬声器阵列的声波发射频率在0-100kHz范围内连续可调。
为方便研究不同尺寸高温热源对被测细微固体颗粒或液滴热辐射特性的影响，所述导热球体的直径可为1.5μm-2.5mm。
根据试验需要，被测细微固体颗粒或液滴直径范围可为1.5μm-2.5mm。
为保证实验结果的准确性，所述导热球体由热的良导体材质制成。如金、银、铜、铝等。当球体局部受热时，热量可在球体内快速传导，使试验过程中球体内部温差可被忽略。
所述CO2激光器的功率及出光口方向可调，为实现对导热球体的快速加热，所述CO2激光器功率在0-400W范围内连续可调，出光口与水平面的夹角在0-90°范围内连续可调，发射的激光波长小于200nm，并可透过隔离罩玻璃。
所述气瓶还设有流量调节阀，通过所述流量调节阀可切换气体种类和调节流量，实现所述隔离罩内的气氛调节。
有益效果：1、本实用新型采用超声悬浮器对导热球体和被测细微固体颗粒或液滴进行固定，可有效避免悬挂带来的热量迁移，同时方便控制和调节导热球体和女被测细微固体颗粒或液滴间的相对位置；2、本实用新型采用隔离罩作为被测细微固体颗粒或液滴的试验环境，可实现对环境气氛的切换与维持，方便研究不同气氛下被测固体颗粒或液滴受热发生反应对热辐射特性的影响；3、本实用新型采用导热球体作为高温热源，并采用CO2激光器对导热球体进行加热，可确保辐射热源温度的快速响应和稳定；4、本实用新型采用双色测温仪对导热球体的温度进行实时监测，可准确、快速获得导热球体温度变化并以此为依据调节CO2激光器功率；5、本实用新型采用红外热像仪对被测细微固体颗粒或液滴表面的二维温度分布情况，可准确、快速获得被测细微固体颗粒或液滴受热辐射引起的二维温度分布变化；6、本实用新型采用个人计算机进行超声悬浮器、数据采集卡和温度诊断模块各设备的运行参数设置和启停控制，为实验操作提供了极大便利。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型中超声悬浮器的结构示意图。
具体实施方式
参见图1和图2，本实用新型一实施例所述的用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，该装置能测量不同气氛和热源温度下细微固体颗粒或液滴4间的热辐射特性，由超声悬浮模块、外部加热模块、温度诊断模块、气氛调节模块和控制模块组成。
超声悬浮模块包括超声悬浮器9、隔离罩8以及作为高温热源的导热球体5。所述超声悬浮器9主体由自上而下发射超声频率声波的扬声器阵列1与位于扬声器阵列1正下方的反射面板7组成，两者相对位置固定，可在扬声器阵列1和反射面板7间形成不少于3个声压为零的声压节点，使导热球体5及被测固体颗粒或液滴4稳定悬浮。所述隔离罩8使用玻璃材料制成，可通过密封卡扣紧固于所述超声悬浮器9周身并使其密闭，隔离罩8顶部设有进气管道3和出气管道2，可对隔离罩8内气氛进行切换与维持，隔离罩8侧身开有锗玻璃视窗6，对红外热像仪测温波长(7.5-14.0μm)具有良好的透过率。所述导热球体5使用热的良导体(如金、银、铜、铝等)制成，当球体局部受热时，热量可在球体内快速传导，使试验过程中球体内部温差可被忽略。
所述外部加热模块包括一台功率、出光口方向可调的CO2激光器15，可通过非接触式加热方式使稳定悬浮的导热球体5升温至特定温度。
所述温度诊断模块包括一台双色测温仪16和一台红外热像仪10，其中双色测温仪16用于测量所述导热球体5的表面温度，红外热像仪10用于同时测量被测固体颗粒或液滴4表面的温度二维分布情况。
所述气氛调节模块包括气瓶12和流量调节阀11，并通过气体管路与隔离罩8连接，所述气瓶12包括一组惰性气体气瓶和一组氧化性气体气瓶，通过所述流量调节阀11可切换气体种类和调节流量，实现所述隔离罩8内的气氛调节。
所述控制模块包括一块数据采集卡14和一台个人计算机13，通过数据采集卡14采集并记录所述温度诊断模块获得的测量数据，通过个人计算机13进行所述超声悬浮器9、数据采集卡14和温度诊断模块各设备的运行参数设置和启停控制。
本实用新型的工作原理为：
试验时预先开启超声悬浮器9中的扬声器阵列1，待超声波频率稳定后，将导热球体5放置到超声悬浮器9中的声压节点附近，使导热球体5稳定悬浮。
将隔离罩8安装至超声悬浮器9上，开启气瓶12和流量调节阀11，并将隔离罩8上的进气管道3和出气管道2调节至试验所需的开度。
开启双色测温仪16，对准导热球体5进行测温，并开启CO2激光器15，调节出光口角度及功率，使激光照射在导热球体5表面，且加热温度达到试验所需值。
关闭CO2激光器15和流量调节阀11，并拆除隔离罩8，继续使用双色测温仪16监测导热球体5的温度，直至导热球体5的温度降至室温。
将被测细微固体颗粒或液滴4放置到超声悬浮器9中不同于导热球体5的声压节点附近，使细微固体颗粒或液滴4稳定悬浮，重新安装隔离罩8，并开启流量调节阀110。
同时开启CO2激光器15和红外热像仪10，透光锗玻璃视窗6对细微固体颗粒或液滴4在导热球体5热辐射作用下的温度变化进行监测。
利用数据采集卡14和个人计算机13对获得的测量数据进行采集和存储。
完成试验后依次关闭CO2激光器15、气瓶12、流量调节阀11和红外热像仪10，拆除隔离罩8并关闭隔离罩8上的进气管道3和出气管道2，待导热球体5冷却至室温后回收导热球体5并关闭双色测温仪16，根据试验需要可收集剩余的被测细微固体颗粒或液滴4，随后关闭扬声器阵列1使超声波发射终止。
试验过程中操作人员应做好相应的安全防护，包括高温防护、激光防护、超声波防护、细微固体颗粒及液滴的接触和吸入防护等。
Claims (10)
1.一种用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，其特征在于：包括超声悬浮模块、外部加热模块以及温度诊断模块，
-所述超声悬浮模块包括超声悬浮器、罩设于外周的隔离罩以及作为高温热源的导热球体，
所述超声悬浮器包括纵向发射超声频率声波的扬声器阵列、与所述扬声器阵列相对设置的反射面板，并能够在扬声器阵列和反射面板间形成不少于3个声压为零的声压节点，且能够使导热球体和被测固体颗粒或液滴稳定悬浮；
-所述外部加热模块包括能够透过所述隔离罩的非接触加热方式使导热球体升温至特定温度的CO2激光器；
-所述温度诊断模块包括能够测定所述导热球体温度的双色测温仪、以及用于同时测量被测固体颗粒或液滴表面温度二维分布情况的红外热像仪。
2.根据权利要求1所述的用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括气氛调节模块，所述气氛调节模块包括用于调节所述隔离罩内气氛的气瓶，所述气瓶通过气体管路与隔离罩内部连通。
3.根据权利要求1所述的用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括控制模块，所述控制模块包括用于数据采集的数据采集卡和用于各模块参数设置及启停控制的计算机。
4.根据权利要求1所述的用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，其特征在于：所述隔离罩由玻璃材料制成，并通过密封卡扣罩设于所述超声悬浮器外周身并使其密闭。
5.根据权利要求4所述的用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，其特征在于：所述隔离罩顶部设有进气管道和出气管道，可对超声悬浮模块内气氛进行切换与维持。
6.根据权利要求4所述的用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，其特征在于：所述隔离罩侧身设有对所述红外热像仪测温波长具有良好透过率的锗玻璃视窗。
7.根据权利要求1所述的用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，其特征在于：所述扬声器阵列的声波发射频率在0-100kHz范围内连续可调。
8.根据权利要求1所述的用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，其特征在于：所述导热球体由热的良导体材质制成，其直径为1.5μm-2.5mm。
9.根据权利要求1所述的用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，其特征在于：所述CO2激光器的功率及出光口方向可调。
10.根据权利要求2所述的用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置，其特征在于：所述气瓶还设有流量调节阀，通过所述流量调节阀可切换气体种类和调节流量，实现所述隔离罩内的气氛调节。
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| CN201920959879.0U CN210533939U (zh) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | 用于细微固体颗粒或液滴间热辐射特性的测量装置 |
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