[发明专利]低温流体凝结与流动可视化的实验装置

说明书

本发明涉及低温流体流动实验领域，公开了一种低温流体凝结与流动可视化的实验装置，所述实验装置包括：所述实验装置包括：回路热管，包括闭环连接为回路的冷凝器和蒸发器；制冷机，与所述冷凝器接触；以及绝热系统，将至少部分所述回路热管以及至少部分所述制冷机包围，所述绝热系统的至少部分透光，其中，所述冷凝器包括底板以及透光盖板，所述底板上设有槽道，所述透光盖板与所述底板贴合，与所述底板上的槽道共同围成冷凝通道。本发明的低温流体凝结与流动可视化的实验装置可以将低温流体的凝结与流动过程可视化，同时解决冷热冲击、结构件热膨胀系数相差大等带来的结构强度问题。

技术领域

本发明涉及低温流体流动实验领域，特别是涉及一种低温流体凝结与流动可视化的实验装置。

背景技术

如今，航空航天、超导技术以及电子器件等领域发展迅速，低温冷却技术面临更严峻的挑战，低温流体作为冷却介质或传热介质的应用领域越来越广泛。低温流体在应用过程中不可避免地发生蒸发或凝结等气液相变换热过程，并且在换热过程中伴随着低温气液两相流动现象。

低温工质与常温工质的物性参数不同，如氮、氧、氢等低温工质的表面张力、汽化潜热远小于水、氨、氟利昂等常温工质，从而使得低温工质的流动与换热过程与常温工质有很大差异，许多基于常温工质建立的经验公式无法准确描述低温下的真实物理过程，因此需要针对低温环境下的气液两相流动及换热特性进行深入研究。低温流体的气液两相流动与换热过程存在着复杂的科学问题，包括气液界面及两相流型变化、气液分布以及流动阻力特性等问题，通常利用数值模拟和实验手段对低温气液两相流动和换热进行研究，由于这项工作的科学问题复杂，数值模拟很难对其进行准确描述，依靠实验研究对其工作过程进行分析和探索更为直观和可靠。

在实验研究的过程中，为了掌握低温微通道凝结过程中的气液界面及两相流型变化、气液分布状态情况，需要借助可视化手段进行观测，因此需要研制可视化试验装置。低温可视化元件通常为非金属透明材料，由于与低温流体接触，不仅要满足可视化要求，还要能够承受低温、常温交替变化的冷热冲击；可视化元件与金属材料连接固定，由于热膨胀系数相差很大，低温下密封难度更大，甚至可视化元件会发生断裂；可视化元件还要满足耐高压要求。另外，由于低温密封和材料要求的限制，传统泵驱动装置无法在低温环境下使用，通常依赖重力作用驱动气液两相工质流动，不方便开展水平方向两相流动的研究，也不方便进行流速调节。这些难题给低温可视化装置的结构设计和绝热设计带来了巨大的挑战。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种低温流体凝结与流动可视化的实验装置，用于将低温流体的凝结与流动过程可视化，解决冷热冲击、结构件热膨胀系数相差大等带来的结构强度问题，同时解决在不依赖泵或重力作用下低温流体的流动驱动和流速调节问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种低温流体凝结与流动可视化的实验装置，所述实验装置包括：回路热管，包括闭环连接为回路的冷凝器和蒸发器；制冷机，与所述冷凝器接触；以及绝热系统，将至少部分所述回路热管以及至少部分所述制冷机包围，所述绝热系统的至少部分透光，其中，所述冷凝器包括底板以及透光盖板，所述底板上设有槽道，所述透光盖板与所述底板贴合，与所述底板上的槽道共同围成冷凝通道。

优选地，所述底板面向所述透光盖板的一面设有第一凹槽，所述透光盖板置于所述第一凹槽内，所述第一凹槽的内周面与所述透光盖板的边缘之间留有预定间隙。

优选地，所述间隙内填充低温胶。

优选地，所述冷凝器还包括：固定板，所述固定板的中心部分开口，周边部分将所述透光盖板的边缘固定在所述底板上。

优选地，所述固定板面向所述透光盖板的一面设有第二凹槽，所述第二凹槽内设置垫片。

优选地，所述底板上的槽道呈蛇形或螺旋线形。