[发明专利]流动沸腾换热机理实验装置及方法

说明书

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，流型的变化会引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口。

一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1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。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是实验段结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。