[发明专利]一种用于减少流动换热实验中实验管段热损失的热块装置

说明书

【技术领域】

本发明属于实验装置技术领域，具体涉及一种流动换热实验中对实验段进行热补偿的热块装置。

【背景技术】

在进行流动换热实验时，如进行壁面绝热条件下管内流动特性实验时，往往对管壁的保温要求比较严格。为满足实验条件要求，一般采用在实验段外进行包裹保温棉的方法。但这种方法有个缺点，即若仅通过包裹保温棉来满足实验要求的保温条件，所需要的保温棉的厚度往往是试验管段直径的十倍百倍，而且采用保温棉只能减少散热损失，而不能对散热损失进行补偿，造成了实验条件的偏差，降低了实验的精度。

例如，中国专利申请号为99124186.X公开了一种用于减少工业炉搁丝砖热损失的内炉壁结构，它主要有阶形砖、搁丝砖、电阻丝构成，在搁丝砖突出部分下侧粘贴一层耐火纤维，覆盖突出部分下侧，可将电阻丝安放在搁丝槽内。将相邻的搁丝砖之间隔开一定距离，其间填充耐火纤维或放置耐火纤维硬质制品或硅酸钙等超轻质耐火砖。该发明是根据工业炉能耗以及热效率和热短路的分析，围绕着工业炉搁丝砖的热损失的具体问题，提出来的减少工业炉搁丝砖热损失的内炉壁结构，能有效地节省能源。但是，该发明结构复杂，只能应用于工业炉，而且该发明只是对内炉壁结构的一种改进，减小了热损失，却没有进行散热补偿，还是不能够更精确地实现实验条件。因此，该发明是不能满足实验室进行流动换热实验时所需要实验段的保温条件。

又如，中国专利申请号200610029396.8公开了一种在炉外壳安装保温盒以减少工业炉炉壳热损失的方法。包括：在工业路外壳上预制的保温盒；为了减少气体在保温盒内流动，盒内通过垂直于密封面的纵肋和横肋相互插入，分割盒内空间；保温盒内通过两层肋之间的薄平板隔开；在炉壳与保温盒之间通过耐火保温材料隔开；在保温盒的密封面内侧或在炉壳与保温盒之间通过铝箔，反射通过炉壳向外辐射的热量，提高保温性能。该发明降低了对流热交换而引起的热损失，并将从炉壳向外辐射的热量中的大部分被保温盒密封面内的铝箔反射回来，减少了炉壳辐射散热所带走的热量，提高了工业炉的保温性能。但是，该发明是针对工业炉设计的，其结构复杂，适合于在工业生产中应用，而且，该发明没有进行有效的散热补偿，因此，对于实验室条件下实验管段的保温要求，该方法是不适宜的。

【发明内容】

本发明的目的就是克服上述现有技术的缺点，提供了一种能够根据热电偶测量的信号，对实验管段进行散热补偿，满足了实验条件的要求，同时又具有结构简单，调节灵活等优点的用于减少流动换热实验中实验管段热损失的热块装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于减少流动换热实验中实验管段热损失的热块装置，包括热块基体、若干加热棒、若干热电偶和电热丝；所述热块基体为圆柱形，热块基体的中心设有实验管段，热块基体的外周缠有电热丝；热块基体中环形均匀布置有若干加热棒；实验管段一端套有上石墨垫片，另一端套有下石墨垫片；所述若干热电偶包括若干组，若干组热电偶布置于热块基体中不同深度处。

本发明进一步的改进在于：所述若干组热电偶中每组热电偶均位于不同深度。

本发明进一步的改进在于：所述热块装置包括十根加热棒和十二个热电偶；十二个热电偶分成六组，每组两个，每组热电偶中均有一个热电偶布置在邻近实验管段处的第一圆周上，其中三组热电偶中另一个热电偶布置在十根加热棒所在第三圆周上，剩余三组热电偶中另一个热电偶布置在第二圆周上，所述第二圆周位于第一圆周与第二圆周之间；每组热电偶的两个热电偶均布置在同一径向位置。

本发明进一步的改进在于：第一圆周上的六个热电偶间隔60°排布，第二圆周上的三个热电偶间隔120°排布，第三圆周上的三个热电偶间隔120°排布。

本发明进一步的改进在于：通过所述若干热电偶测出不同位置热块基体的温度，根据牛顿导热定律确定导热方向和热流密度的大小，对加热棒和电热丝的加热功率进行调节，补偿实验管段散热损失。

本发明进一步的改进在于：所述热块基体的材质为紫铜；热块基体中心开有安装实验管段的中心通孔；热块基体外壁面设有安装电热丝的螺纹槽。

本发明进一步的改进在于：实验管段与热块基体之间填充有锡。

本发明中热块基体为导热性能良好的紫铜，加工为圆柱形，中心开通孔，在径向热块基体上开有均匀分布的十个通孔，沿径向不同位置还开有十二个不同深度的小孔。在热块基体外壁面上车出螺纹槽，用于缠绕加热丝。

所述热块基体套在需要进行保温的实验段上，为了改善导热性能，在热块基体与实验段之间注入导热性能良好的锡，以改善实验段和热块装置之间的导热性能。