[实用新型]一种非稳态流动换热特性与气泡行为的分析装置

说明书

本实用新型提供一种非稳态流动换热特性与气泡行为的分析装置，包括实验段、循环回路、控制系统和数据采集与图像拍摄系统，实验段为一根镀膜石英玻璃管；循环回路包括蓄水箱、预热器、齿轮泵、过滤器、出口观察段和冷却器；控制系统为一个伺服控制电箱；数据采集与图像拍摄系统包括质量流量计、压差计、热电偶、高速摄影仪、计算机、模拟电流输入模块、隔离热电偶输入模块及Labview程序。本实用新型可观测圆管内气泡的产生、增长、脱离、湮灭等行为，并采集相关热参数，包括壁温、压差、压力、流速等。本实用新型可应用在单相混合对流换热特性分析、非稳态流动条件下沸腾起始点特性研究、非稳态流动条件下单个气泡观测、过冷沸腾换热特性分析等研究中。

技术领域

本实用新型涉及一种非稳态流动换热特性与气泡行为的分析装置，属于气液两相流、反应堆热工水力、传热学领域。

背景技术

流动不稳定性的主要特征为流量波动，而流量波动会进一步影响换热设备的运行特性。非稳态流动条件下，换热设备的运行特性是海洋反应堆热工分析所面临的问题之一。换热设备的运行特性包括了沸腾起始、换热、流型与阻力等内容。沸腾起始特性决定了流体是否发生沸腾，而沸腾起始后换热机理极为复杂，现阶段关于流量波动条件下的过冷沸腾起始与换热特性的研究收到广泛关注。过冷沸腾起始是指由亚稳态的流体首先核化产生气泡的过程。同过冷沸腾换热一致，过冷沸腾起始也涉及到流体力学与热力学等学科，受到壁面微纳尺寸几何结构、润湿性能的影响，现象极为复杂，是气液相变研究的基础问题之一。因此有必要设计一种非稳态流动换热特性与气泡行为的分析装置，用于采集换热过程中的热参数波动和拍摄高清气泡图像。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种非稳态流动换热特性与气泡行为的分析装置，可采集加热圆管间压差、壁温、水温、流速和拍摄气泡流动行为的相关图像，其采集数据精确，图像清晰度高。

本实用新型的目的是这样实现的：包括循环回路、数据采集与图像拍摄系统，循环回路包括通过管路依次连接的蓄水箱、齿轮泵、过滤器、实验段、螺旋搅混器、可视化段以及设置在管路上的阀门，可视化段的端部通过管路与蓄水箱连接，齿轮泵连接有伺服控制器，齿轮泵还设置有旁通路，蓄水箱下端设置有预热器，蓄水箱上端通过管路连接排气罐，蓄水箱的一个侧面上设置有石英玻璃视窗、内部设置有冷却圆盘，冷却圆盘进出口与冷却水箱连接，冷却水箱与冷却圆盘之间设置有离心泵，数据采集与图像拍摄系统包括设置在过滤器与实验段之间的电磁流量计、设置在实验段两端的入流热电偶和出口热电偶、设置在实验段上部和下部的引压管之间的压差计、用于拍摄实验段的高速摄像仪、设置在实验段上的壁面热电偶，伺服控制器、数据采集与图像拍摄系统与计算机连接。

本实用新型还包括这样一些结构特征：

1.壁面热电偶有5个，且等间距设置在实验段上。

2.冷却圆盘为紫铜材料的螺旋管，其进口与出口穿过蓄水箱上的圆孔与冷却水箱连接，冷却水箱内的冷却水通过离心泵持续流过冷却圆盘内部，冷却圆盘的外壁面带走蓄水箱内高温水的热量。

3.排气罐是一个液封式玻璃容器。

4.实验段为一根镀膜石英玻璃管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的目的在于提供一种非稳态流动换热特性与气泡行为的分析装置，本实用新型的优势在于：(1)各种测量仪器精度较高，并通过数据采集系统连接，高速摄影仪另配一个同步触发开关，因此各热参数与图像为同步测量；(2)实验段为镀膜石英玻璃管，对自然光的透射率高，内壁面热功率均匀，拍摄图像清晰度高；(3)齿轮泵经伺服控制器由数控程序控制，可供调节的范围广；(4)蓄水箱下部焊接预热器，另有一组冷却圆盘，便于调节蓄水箱内水温。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的循环回路流动示意图；