[发明专利]一种等热流加热装置及其使用该装置的幂律流体在多孔介质中等热流加热的实验装置

说明书

技术领域

本发明属于电工技术与机械相交叉的技术领域，可以用于幂律型非牛顿流体在多孔介质中进行等热流密度加热的流动换热实验研究。

背景技术

目前幂律流体在多孔介质中的实验研究多以流动特性研究为主，主要从改变多孔介质颗粒尺寸、形状及排列方式等角度来研究流体的流动特性。这类研究一般通过调节控制流经多孔介质的流体的流速来获得雷诺数和压降以及摩擦阻力因数的关系，进而总结规律得出结论。

但实际生活及工程应用中幂律流体在多孔介质中的流动多伴随着传热过程，而温度对幂律流体的流变特性影响比较显著，幂律流体流变特性的变化对其在多孔介质中的流动及换热特性会产生非常大的影响，因此对幂律型非牛顿流体在多孔介质中的流动及换热的研究就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是设计一台可以控制流体进入多孔介质入口温度并完成对多孔介质内流体进行等热流加热的实验装置，从而展开对幂律流体在多孔介质中等热流加热的实验研究，以填补这一领域的空白。为达到上述目的，本发明采用的技术手段如下：

一种等热流加热装置，包括入口段，测试段和出口段；

所述入口段包括顺次连通的圆形管道一和方形管道一，所述方形管道一的后端管壁上设有用于安装测量流体入口温度的K型热电偶一的通孔一；

所述出口段包括顺次连通的方形管道二和圆形管道二，所述方形管道二的前端管壁上顺次设有用于安装测量流体出口温度的K型热电偶二的通孔二和排气口；

所述测试段包括一U型槽，所述U型槽上端开口处设有加热板，所述U型槽内填充有多孔介质，所述多孔介质的固体骨架的上表面与所述加热板的下表面相切；

所述U型槽的前端与所述方形管道一的后端连通，所述U型槽的后端与所述方形管道二的前端连通；

所述加热板的上表面设有多个与所述加热板的宽度方向平行的凹槽一，所述加热板的上表面的两侧分别设有沿所述加热板长度方向延伸的凹槽二，所述凹槽二与多个所述凹槽一连通，所述加热板上还设有加热丝，所述加热丝蛇形排列于所述多个凹槽一上；所述凹槽一内设有T型热电偶，，所述加热板上还设有盖合所述凹槽一和所述凹槽二的加热板盖板。

进一步地，所述固体骨架由多个铜球正交堆积而成。

进一步地，所述固体骨架与所述U型槽的内壁之间还设有聚氨酯板。

进一步地，位于所述加热板上表面的前半部分和后半部分上的所述凹槽一之间的间距小于位于所述加热板上表面的中间部分上的所述凹槽一之间的间距。

进一步地，所述加热板盖板的上表面覆盖一层石棉板，所述石棉板的上表面设有一不锈钢板。

进一步地，所述加热板的材质和所述加热板盖板的材质均为紫铜。

进一步地，所述凹槽一的空隙和所述凹槽二的空隙均填满导热硅脂。

进一步地，所述加热板通过耐高温密封胶与所述加热板盖板粘合。

本发明还提供了一种使用上述等热流加热装置的幂律流体在多孔介质中等热流加热的实验装置，所述实验装置包括储液箱，所述储液箱内设有搅拌器，加热棒和连接有冷水机的冷却盘管，所述储液箱通过管路依次与截止阀一，螺杆泵，截止阀二，电磁流量计，精密压力表一，等热流加热装置，精密压力表二和截止阀三，所述截止阀三通过管路与所述储液箱连接，所述螺杆泵与所述储液箱之间还设有旁通回路，所述旁通回路上设有截止阀四，所述加热丝上连接有稳压器和调压器，所述实验装置还包括采集所述K型热电偶温度数据和所述T型热电偶温度数据的数据采集器，所述数据采集器与分析数据的电脑连接，所述储液箱上还设有排污阀。

与现有技术相比，本发明可以完成幂律流体在多孔介质中流动特性的研究，幂律流体在不同温度工况下流经多孔介质的实验研究，以及完成幂律流体在不同入口温度、不同热流密度下流经多孔介质的实验研究。

基于上述理由本发明可在幂律型非牛顿流体研究等领域广泛推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的等热流加热装置的主视图。

图2是本发明的等热流加热装置的俯视图。

图3是图1中A-A向示意图。

图4是图2中B-B向示意图。

图5是本发明的测试段的结构示意图。

图6是本发明的U型槽的结构示意图。

图7是本发明的加热板的结构示意图。

图8是本发明的T型热电偶在加热板上的分布示意图。

图9是本发明的等热流加热实验装置。