专利名称：流动沸腾换热机理实验装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种流动沸腾换热机理实验装置，特别是采用超声波检测装置测量通道出口含汽率，对换热器出口的带液量实验装置及方法。
背景技术：
由于窄通道的流动沸腾换热具有沸腾过热度低、换热性能好、流动压降升高和结构紧凑等独特的特性，使其已成为强化传热的常用结构形式之一。窄通道沸腾换热广泛的存在于各种换热设备中，如在核电站核反应堆中使用的管板式蒸汽发生器，在微电子和医 疗行业中使用微通道热沉内液氮沸腾换热来进行冷却，在大型蒸发系统中的板式蒸发器采用了窄通道沸腾换热的原理来强化换热。所以，对窄通道沸腾换热机理的研究，揭示其内在规律和特点，对于研究高效换热器有重要意义。两相流体混合物在管道内流动时，会出现不同的相分界面的几何图形。当液体在通道中受热蒸发时，液体及其产生的蒸汽也会具有不同的流动结构。两相流流型就是指，在两相流中，两相界面分布的不同的几何图形或结构形式。而气液两相流中气相易于压缩，相交界面易于变形，是两相流组合中最为复杂的情况。在窄通道的沸腾换热中，不同的流型有其独特的传热和流动机理，流型的变化会弓I起流阻和流动稳定性的改变以及导致传热危机的出现。所以，对窄通道的流型进行可视化的研究意义重大，可以为窄通道内流动沸腾换热和传热传质理论模型的建立及深入探讨窄通道内的换热机理提供最直观的判据。

发明内容
本发明为充分了解窄通道沸腾换热机理，而提供一种流动沸腾换热机理实验装置及方法，对窄通道内流动沸腾换热和传热传质理论模型的建立及深入探讨窄通道内的换热机理提供判据。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是
一种流动沸腾换热机理实验装置，包括蠕动泵、转子流量计、恒温水浴、实验段、出口实验段、高速摄像仪、超声波颗粒检测装置、硅橡胶电加热片、冷凝器、水箱，其特点是蠕动泵依次通过转子流量计和恒温水浴与实验段进水口连接，实验段出水口依次通过出口实验段、冷凝器和水箱连接蠕动泵进水口，实验段的硅橡胶电加热片连接功率表和调压器，对应实验段处分别设有与数据采集系统及计算机连接的高速摄像仪，出口实验段上安装超声波颗粒检测装置。实验段由钢化玻璃板、耐高温硅胶垫片、矩形窄缝流道、铜板、T型热电偶、硅橡胶电加热片、保温层和钢板构成，钢化玻璃板、硅橡胶电加热片、耐高温硅胶垫片和保温层依次叠加在一起，其中，钢化玻璃板与硅橡胶电加热片之间的边缘上放置铜板形成矩形窄缝流道，硅橡胶电加热片中设有若干个T型热电偶，钢化玻璃板外侧平面上放置铜板，并通过前钢板和螺栓与位于保温层后面的后钢板固定连接形成一整体，前钢板平面上开有可视窗□。
—种采用流动沸腾换热机理实验装置的实验方法，具体步骤如下
(1)实验前准备工作
每次实验前将蒸馏水需装满水箱，检查实验段的硅橡胶电加热片，检查数据采集系统，检查高速摄像仪及超声波颗粒检测装置；
(2)启动实验装置
首先将蠕动泵调到一个固定转速，此时转子流量计显示一个数值，同时调整恒温水浴，使进入实验段水的入口温度为某一定值，使实验装置稳定分钟后，变换不同电加热功率；
(3)启动数据采集系统及高速摄像仪
当步骤(2)中某一功率下，系统稳定时，记录数据，同时利用高速摄像仪对实验段进行 快速拍摄，变换不同电加热功率时重复此步骤；
(4)启动超声波检测装置5
当启动步骤(3)时，同时启动超声波检测装置，并记录数据，变换不同电加热功率时重复此步骤；
(5)调整蠕动泵I转速及恒温水浴3功率
在流量、入口温度为定值和不同加热功率下的工况结束后，变换蠕动泵转速及恒温水浴功率，重复上述步骤试验。本发明的有益效果在于
1.采用电加热方式对实验段加热，电加热功率稳定，加热均匀，误差较小；
2.实验段使用钢化玻璃，利用高速摄像仪，观察沸腾特性及气泡生长特性；
3.出口实验段利用超声波颗粒检测装置，得出实验段不同工况下的含汽率，对于研究窄通道出口的(例如板式换热器)带液量有重大意义。本发明通过可视化及超声波检测可以充分了解窄通道沸腾换热机理，为深入探讨窄通道内的换热机理提供判据。


图I是本发明的结构示意 图2是实验段结构剖视图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。如图I所示，流动沸腾换热机理实验装置由蠕动泵I、转子流量计2、恒温水浴3、实验段6、出口实验段12、功率表8、调压器9、高速摄像仪4、超声波颗粒检测装置、硅橡胶电加热片7、冷凝器10、水箱11以及管路、阀门和数据采集系统及计算机5等组成。蠕动泵I依次通过转子流量计2和恒温水浴3与实验段6进水口连接，实验段6出水口依次通过出口实验段12、冷凝器10和水箱11连接蠕动泵I进水口，实验段6的硅橡胶电加热片7连接功率表8和调压器9，对应实验段6处分别设有与数据采集系统及计算机5连接的高速摄像仪4，出口实验段12上安装超声波颗粒检测装置。如图2所示，流动沸腾换热机理实验装置的实验段6由钢化玻璃板22、螺栓23、耐高温硅胶垫片28、矩形窄缝流道25、铜板24、T型热电偶27 (从上到下依次T1-T8)、硅橡胶电加热片7、保温层29、钢板26。钢化玻璃板22与硅橡胶电加热片7之间的边缘上放置铜板24形成矩形窄缝流道25，硅橡胶电加热片7中设有若干个T型热电偶27，钢化玻璃板22外侧平面上放置铜板24，并通过前钢板26和螺栓23与位于保温层29后面的后钢板26固定连接形成一整体，前钢板26平面上开有可视窗口。本发明适用于研究窄通道内的换热机理。本发明的具体步骤是
(1)每次实验前将蒸馏水需装满水箱11，检查实验段6的硅橡胶电加热片7，检查数据采集系统及计算机5，检查高速摄像仪4及超声波颗粒检测装置；
(2)启动实验装置，首先将蠕动泵I调到一个固定转速，此时转子流量计2显示一个数值，同时调整恒温水浴3，使进入实验段6水的入口温度为某一定值，确保系统稳定10分钟 的情况下，变换不同电加热功率，确保功率上限不超过设计值；
(3)当步骤(2)中某一功率下，实验装置稳定时，记录数据，同时利用高速摄像仪4对实验段6进行快速拍摄，变换不同电加热功率时重复此步骤；
(4)当启动步骤(3)时，同时启动超声波颗粒检测装置，并记录数据，变换不同电加热功率时重复此步骤；
(5)某一流量，某一入口温度，不同加热功率下的工况结束后，变换蠕动泵I转速及恒温水浴3功率，重复上述步骤试验。
权利要求
1.一种流动沸腾换热机理实验装置，包括蠕动泵(I)、转子流量计(2)、恒温水浴(3)、实验段(6)、出口实验段(12)、高速摄像仪(4)、超声波颗粒检测装置、硅橡胶电加热片(7)、冷凝器(10)、水箱(11)、数据采集系统及计算机(5)，其特征在于所述蠕动泵(I)依次通过转子流量计(2 )和恒温水浴(3 )与实验段(6 )进水口连接，实验段(6 )出水口依次通过出口实验段(12)、冷凝器(10 )和水箱(11)连接蠕动泵(I)进水口；所述实验段(6 )的硅橡胶电加热片(7 )连接功率表(8 )和调压器(9 )，对应实验段(6 )处分别设有与数据采集系统及计算机(5)连接的高速摄像仪(4)，出口实验段(12)上安装超声波颗粒检测装置。
2.根据权利要求I所述的流动沸腾换热机理实验装置，其特征在于所述实验段(6)由钢化玻璃板(22 )、耐高温硅胶垫片(28 )、矩形窄缝流道(25 )、铜板(24)、T型热电偶(27 )、硅橡胶电加热片(7)、保温层(29)和钢板(26)构成，钢化玻璃板(22)、硅橡胶电加热片(7)、耐高温硅胶垫片(28 )和保温层(29 )依次叠加在一起，其中，钢化玻璃板(22 )与硅橡胶电加热片(7)之间的边缘上放置铜板(24)形成矩形窄缝流道925)，硅橡胶电加热片(7)中设有若干个T型热电偶(27 )，钢化玻璃板(22 )外侧平面上放置铜板(24 )，并通过前钢板(26 )和螺栓(23)与位于保温层(29)后面的后钢板(26)固定连接形成一整体，前钢板(26)平面上开有可视窗口。
3.一种采用权利要I或2所述的流动沸腾换热机理实验装置的实验方法，其特征在于，具体步骤如下 1)实验前准备工作 每次实验前将蒸馏水需装满水箱(11)，检查实验段(6)的硅橡胶电加热片(7)，检查数据采集系统及计算机(5)，检查高速摄像仪(4)及超声波颗粒检测装置； 2)启动实验装置 首先将蠕动泵(I)调到一个固定转速，此时转子流量计(2)显示一个数值，同时调整恒温水浴(3)，使进入实验段(6)水的入口温度为某一定值，使实验装置稳定(10)分钟后，变换不同电加热功率； 3)启动数据采集系统及高速摄像仪 当步骤2)中某一功率下，系统稳定时，记录数据，同时利用高速摄像仪(4)对实验段(6)进行快速拍摄，变换不同电加热功率时重复此步骤； 4)启动超声波颗粒检测装置 当启动步骤3)时，同时启动超声波颗粒检测装置，并记录数据，变换不同电加热功率时重复此步骤； 5)调整蠕动泵转速及恒温水浴功率 在流量、入口温度为定值和不同加热功率下的工况结束后，变换蠕动泵(I)转速及恒温水浴功率(3 )，重复上述步骤试验。
全文摘要
本发明涉及一种流动沸腾换热机理实验装置及方法，蠕动泵依次通过转子流量计和恒温水浴与实验段进水口连接，实验段出水口依次通过出口实验段、冷凝器和水箱连接蠕动泵进水口，实验段的硅橡胶电加热片连接功率表和调压器，对应实验段处分别设有与数据采集系统及计算机连接的高速摄像仪。采用电加热方式对实验段加热,电加热功率稳定,加热均匀,误差较小；实验段使用钢化玻璃，利用高速摄像仪，观察沸腾特性及气泡生长特性；出口实验段利用超声波颗粒检测装置,得出实验段不同工况下的含汽率,对于研究窄通道出口的带液量有重大意义。本发明通过可视化及超声波检测可以充分了解窄通道沸腾换热机理，为深入探讨窄通道内的换热机理提供判据。
文档编号G01M10/00GK102680206SQ20121019970
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者郑志皋, 陶乐仁, 黄理浩 申请人:上海理工大学