[发明专利]一种流体相变可视化系统

说明书

一种流体相变可视化系统，包括透明真空罩、相变反应装置和再沸器。相变反应装置包括透明壳体、隔板和换热组件，隔板将透明壳体的腔体分为上腔和集液腔，换热组件包括设于隔板上的第一换热管和第二换热管；再沸器的透明液体罐上设有透明气体管道，透明气体管道和集液腔连通，集液腔的底部设有透明液体管道，透明液体管道和透明液体罐连通。上述流体相变可视化系统，上腔内的液态流体进入第二换热管，与集液腔中的气态流体进行换热，集液腔中的气态流体在第二换热管的表面凝结。集液腔内的气态流体进入第一换热管内，与上腔中的液态流体进行换热，上腔中的液态流体在第一换热管的表面蒸发。因此，可以同时观测到流体冷凝和蒸发的相变过程。

技术领域

本发明涉及流体相变技术领域，尤其涉及一种流体相变可视化系统。

背景技术

随着环境问题日益严重，氢作为一种理想的清洁能源，被认为是21世纪最有发展前景的新能源之一。近年来氢能的开发与利用技术得到工业化国家高度重视，并投入大量财力开展研究工作。由于氢气的密度小、储存困难、储运成本高，从而使氢的存储、运输成为氢能应用产业化中的关键技术难题，也成为氢能发展的关键制约因素。发展高效的氦制冷氢液化装置生产液氢，是解决氢能利用过程中储存与运输关键方式之一。由于氢的冷凝热阻大、冷凝液膜厚、表面张力小，以及汽化潜热小导致复杂的气液两相流，氢蒸发冷凝有着与常温流体不同的现象。基于常温流体得到的流动和传热关系式多数不适用于低温流体，通过可视化装置观察冷凝、蒸发等相变现象，有助于找到低温流体与常温流体两相流的共性与差异性所在，才有对常温下的关系式进行修正用于低温流体的依据。由于氢是一种易燃易爆气体，设计一套安全、高效、简易和可重复性高的可视化装置尤为必要。

然而，传统的流体相变可视化系统通常只能观测到流体的冷凝。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种能够用于观测流体冷凝和蒸发的流体相变可视化系统。

一种流体相变可视化系统，包括透明真空罩、相变反应装置和再沸器，所述相变反应装置和所述再沸器均设于所述透明真空罩内；

所述相变反应装置包括透明壳体、隔板和换热组件，所述隔板设于所述透明壳体内，所述隔板将所述透明壳体的腔体分为上腔和集液腔，所述隔板开设有通孔，所述换热组件包括第一换热管和第二换热管，所述第一换热管和所述第二换热管均为一端开口的筒体结构，所述第一换热管的开口端和所述隔板的一侧固定连接，所述第二换热管的开口端和所述隔板的另一侧固定连接，所述第一换热管的开口端和所述第二换热管的开口端均分别和一个所述通孔连通，所述第一换热管和第二换热管的数量的总和和所述通孔的数量相同；

所述再沸器包括透明液体罐和设于所述透明液体罐下方的加热器，所述透明液体罐上设有透明气体管道，所述透明气体管道和所述集液腔连通，所述集液腔的底部设有透明液体管道，所述透明液体管道和所述透明液体罐连通。

在一个实施例中，所述第一换热管和第二换热管的形状均为半个环形筒状，所述第一换热管和所述第二换热管均包括竖直弧形外壁面、竖直弧形内壁面、第一竖直平面壁、第二竖直平面壁和水平壁面，所述竖直弧形外壁面、所述第一竖直平面壁、所述竖直弧形内壁面和第二竖直平面壁依次首尾连接形成管状结构，所述水平壁面设于所述管状结构的一端。

在一个实施例中，所述隔板的一侧设有三个所述第一换热管，所述隔板的另一侧设有三个所述第二换热管，所述隔板上设有六个所述通孔。

在一个实施例中，六个所述通孔包括在所述隔板上呈圆形依次排列的第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔、第五通孔和第六通孔，其中所述第一通孔、所述第三通孔和所述第五通孔和位于所述隔板一侧的三个所述第一换热管连通，所述第二通孔、第四通孔和第六通孔和位于所述隔板另一侧的三个所述第二换热管连通。

在一个实施例中，所述集液腔的底部向外凸起形成集液部，所述透明液体管道设于所述集液部。