[实用新型]一种面向对象的低温冷凝可视化实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及低温可视化实验装置，尤其涉及一种采用同侧打光的低温流体冷凝换热的可视化实验装置。

背景技术

被称为现代工业“血液”的工业气体在钢铁、化工、医药、电子、石油、航空航天等重要领域有着广泛的应用，其需求也随着经济的发展不断增加。目前工业气体大都由空气分离而来，空气分离(简称空分)装置是以空气为原料生产氧、氮及其他稀有气体的装置。现代空气分离装置规模向着大型化的趋势不断发展，能耗问题也变得更加突出。

空分装置中的主冷凝蒸发器(简称主冷)是使下塔顶部氮气冷凝，上塔底部液氧蒸发，以提供下塔回流液和上塔上升蒸气的装置，目前一般采用板翅式换热器。作为空分装置中的关键设备，其氮气冷凝侧的传热与流动存在较大的优化提高的空间，其中蕴含的机理性问题即低温流体冷凝。

主冷的翅片中流体的主要流动形式是有相变的气液两/多相流动，并且属于微通道内有相变的两相流动，其传热与流动机理复杂多样，与两相流动的流型直接相关，不同的流型下的传热与水力学特性相差很大。滴状冷凝作为冷凝的一种形式可以有效提高冷凝换热系数，优化主冷的传热效果。而滴状冷凝过程中，液滴成核、生长、合并、脱落等过程都需要借助直观清晰的可视化手段才能进行深入研究。

目前在低温系统中应用最广的是CCD摄像法。根据光源与摄像机放置位置不同，可以将其分为光源与相机全部置于杜瓦外、光源和相机全部置于杜瓦内以及内窥镜式三种形式；而根据光源与相机的相对位置可又分为背侧打光与正面同侧打光两种形式。背侧打光的形式较常见，这种方法可以获得较好的拍摄效果，是优选的布置形式。

有时由于实验装置结构限制，无法构造出双侧的光学通路，只能从正面同侧打光，这样就容易产生较亮的光斑和视野内光线分布不均匀等现象，影响拍摄效果。而主冷中的冷凝式在板翅式换热器上发生的，无法像研究管内冷凝一样采用背侧打光。

目前还没有能够较好解决光强不足、光线分布不均以及存在高亮光斑等问题的单光窗可视化装置和方法。

实用新型内容

本实用新型针对上述问题，提出了一种基于低温冷凝换热的面向对象可视化实验装置，解决了现有可视化实验装置中存在的拍摄得到图像光强不足、光线分布不均匀以及存在高亮光斑等诸多等技术问题。

本实用新型采取的技术方案如下：

一种面向对象的低温冷凝可视化实验装置，包括真空箱、布置于真空箱外的拍摄装置、布置于真空箱内的冷凝装置和再沸器，所述冷凝装置带有能够观察换热介质冷凝状态的一个或多个可视光窗，所述真空箱内还设有打光装置，打光装置包括一个或多个环形光源，一个或多个环形光源分别与一个或多个可视光窗一一对应，检测时，所述拍摄装置的镜头与对应的环形光源和可视光窗同轴设置。

本实用新型通过采用环形光源，同时保证检测时，所述拍摄装置的镜头与对应的环形光源和可视光窗同轴设置，保证可视光窗处的光亮在满足拍摄要求的同时，使得光线均匀，避免光斑的产生。可视光窗为透明光窗，其设置的数量可根据采集数据需要设定，通过设置多个可视光窗，可对冷凝装置内不同点的冷凝状态进行数据采集和观测。

所述真空箱内还设有对所述冷凝装置提供冷量的储液池。

作为优选，所述环形光源位于可视光窗与所述拍摄装置的镜头之间。环形光源用以向冷凝装置进行面向对象的打光。本实用新型采用环形光源内置、高速摄像仪外置的拍摄方式进行面向对象的同侧打光，可以同时保证垂直打光和垂直拍摄。

作为优选，还包括蒸汽排出管，使装置不仅能实现纯蒸汽的冷凝换热的可视化，还可以通过充入与所研究的气体不同的其他气体来研究混合气体的冷凝以及不凝性气体对冷凝的影响。如所研究的气体为氮气时，可以充入氦气、氢气等比氮气沸点低气体。

所述再沸器用于提供换热介质的蒸汽，该蒸汽经过回液管循环至冷凝装置内，在冷凝装置内发生气液转换，通过可视光窗和拍摄装置可以实时采集图像数据。通过设置回液管能实现冷凝与蒸发的自然循环，冷凝装置、回液管、再沸器构成了一个完整的封闭回路。

作为优选，所述再沸器包括用于盛装深低温液体的罐体以及用来气化深低温液体的加热元件。所述加热元件为布置在罐体内的加热棒。

作为优选，所述多个可视光窗沿竖直方向成排设置；所述多个环形光源通过定位工装与冷凝装置固定。环形光源与可视光窗之间一一对应，同轴设置。

作为优选，所述拍摄装置为移动式拍摄装置。所述拍摄装置包括：

竖直导轨座；

与所述竖直导轨座滑动配合的竖直滑块；