[发明专利]一种横向非均匀间接加热矩形通道流动可视化试验装置

摘要

一种横向非均匀间接加热矩形通道流动可视化试验装置，由流道本体模块、功率加载模块和夹装固定模块组成；通过方便的调节各个电加热元件的输出功率，根据研究需要实现不同形式的横向热流分布；本实验装置可用于开展矩形窄缝流道在横向非均匀热流工况下流动可视化试验研究，研究不同压力、温度、流量和横向热负荷分布等热工参数以及相应几何参数对窄缝通道内流动特性的影响，获得相应气泡动力学特性和流型转变准则；同时本实验装置还可以结合先进的测量设备和测试手段，获得详细的流场和温度场信息；此外，本试验装置设计有合理的夹装固定模块，确保试验装置可以在宽广的热工参数范围内运行，满足不同工程实际应用背景下的试验工况要求。

主权项

1.一种横向非均匀间接加热矩形通道流动可视化试验装置，其特征在于：所述试验装置总体呈长方形轴对称结构，由流道本体模块、功率加载模块和夹装固定模块组成；所述流道本体模块由圆柱形进口接管(1‑1)、进口卡套(1‑2)、进口腔室(1‑3)、矩形流道单元(1‑4)、出口腔室(1‑5)、出口卡套(1‑6)和圆柱形出口接管(1‑7)、可视化视窗(1‑12)和密封环(1‑13)组成，其中进口卡套(1‑2)分别与圆柱形进口接管(1‑1)和进口腔室(1‑3)通过螺纹连接和密封；同样的，出口卡套(1‑6)分别与圆柱形出口接管(1‑7)和出口腔室(1‑5)通过螺纹连接和密封；进口腔室(1‑3)、出口腔室(1‑5)和矩形流道单元(1‑4)直接在不锈钢板上整体加工而成，一侧通过可视化视窗(1‑12)和密封环(1‑13)组成封闭的通道；矩形流道单元(1‑4)上游设置有进口测压管嘴(1‑8)和进口测温卡套(1‑10)；同理，矩形流道单元(1‑4)下游设置有出口测压管嘴(1‑9)和出口测温卡套1‑11)；进口测压管嘴(1‑8)和出口测压管嘴(1‑9)分别连接进口压力变送器和出口压力变送器，并在进口测压管嘴(1‑8)和出口测压管嘴(1‑9)之间连接压差传感器；进口测温卡套(1‑10)和出口测温卡套(1‑11)分别连接测温热电偶；通过上述压力、压差传感器和热电偶对试验过程中的压力、压差和进出口流体温度进行监视测量，为横向非均匀加热矩形通道流动换热特性试验提供总体热工参数数据指标；所述功率加载模块由若干电加热元件(2‑1)、AlN陶瓷基片(2‑2)、导热铜块(2‑3)和氧化铝陶瓷板(2‑4)组成，其中每一组电加热元件(2‑1)、AlN陶瓷基片(2‑2)和导热铜块(2‑3)长、宽尺寸一致，组成一个三明治式加热单元，AlN陶瓷基片(2‑2)居中，并在两个表面涂覆导热涂料，降低表面接触热阻；多组三明治式加热单元并排布置在矩形流道单元(1‑4)的加热表面上，导热铜块(2‑3)接触矩形流道单元(1‑4)一侧，且相邻三明治式加热单元之间设置微小空气隙，阻断热量的横向传导；电加热元件(2‑1)两端银焊有电连接端子，电连接端子与外部供电模块的输出端子连接；通过调节每个电加热元件(2‑1)的电流实现横向上不同的加热功率分布；所述AlN陶瓷基片(2‑2)为高纯氮化铝原料精加工而成的薄片，放置在三明治式加热单元中间起到良好导热和电绝缘的作用；所述导热铜块(2‑3)将电加热元件(2‑1)产生的焦耳热均匀化后传导至矩形流道单元(1‑4)表面上；导热铜块(2‑3)沿长度方向每隔预设距离开设有狭窄的空气隙(2‑6)，其作用是阻断加热热流沿着轴向方向的热传导；同时沿导热铜块(2‑3)深度方向上间隔预设距离开设有两排平行的热电偶测温孔(2‑5)，通过放置在两排不同高度热电偶测温孔(2‑5)里面的热电偶测量得到的温度数据根据傅里叶导热定律计算得到实际传导到矩形流道单元(1‑4)表面上的加热热流；所述氧化铝陶瓷板(2‑4)放置在电加热元件(2‑1)外侧用来和夹装固定模块绝缘；所述试验装置的夹装固定模块由上盖板(3‑1)、侧挡板(3‑2)、下盖板(3‑3)、支撑固定支架(3‑4)以及定位螺栓(3‑5)组成；其中，上盖板(3‑1)放置在可视化视窗(1‑12)外侧；下盖板(3‑3)放置在氧化铝陶瓷板(2‑4)外侧；侧挡板(3‑2)左右对称放置在上盖板(3‑1)和下盖板(3‑3)之间；上盖板(3‑1)、下盖板(3‑3)和侧挡板(3‑2)两侧对称钻有若干螺栓孔，并通过定位螺栓(3‑5)进行组装，方便拆卸。