[发明专利]一种气体冷凝可视化及换热特性检测装置和方法

说明书

本发明属于气体冷凝技术领域，具体涉及一种气体冷凝换热特性的可视化检测装置及检测方法。所述可视化检测装置包括：配气单元、冷凝单元、制冷单元和数据采集单元；所述配气单元与冷凝单元连接，所述制冷单元为冷凝单元提供冷量，所述数据采集单元采集所述冷凝单元的温度信息和图像信息。所述可视化检测装置在捕捉冷凝模态图片和视频的同时实现了温度、液量数据的采集以实现换热系数的计算。还能有效防止高沸点气体在流量控制位置的不适时冷凝，正面侧面多角度拍摄的视频和图片数据以及实时对应获取的换热系数变化可更深入地理解气体的冷凝过程，侧面旋转式高频切换光源可实现多角度可调光量供给满足图像捕捉设备的光源要求。

技术领域

本发明属于气体冷凝技术领域，具体涉及一种气体冷凝换热特性的可视化检测装置及检测方法。

背景技术

冷凝过程是一种自然界以及生活、工业过程中经常可见的现象，主要分为滴状冷凝、膜状冷凝和雾状冷凝等方式。对于不同的气体(纯气体或含不凝气)和壁面性质(疏水性强弱、形状等)，具体的冷凝模态往往较为复杂，目前的研究以膜状为主建立的研究方法主要基于推测、模拟和以实验为基础的假设，滴状冷凝开始起步并发展。冷凝可视化实验和冷凝换热系数的变化规律有助于更好地掌握具体问题中的冷凝过程和机理，捕捉冷凝模态的演变规律及相应换热系数的变化，从而更好地进行理论研究和解释。目前关于冷凝可视化的研究和装置很少，现有的也主要集中于水蒸气冷凝，对于诸如酸性气体、VOC等气体的冷凝研究几乎未见。现有的冷凝可视化的相关技术方案较少并主要利用了制冷循环进行直接接触制冷，可实施性较差难以快速开展相关工作，并且几乎没有耦合换热系数的测量措施。已有的冷凝可视化箱体案例只能从正面进行局部细微观测，而为了全面理解冷凝过程还需要进行侧面的可视化图像，并要有大面积壁面的冷凝现象以确定多种冷凝方式的耦合过程。

现有技术中的冷凝制冷系统可视化综合实验台改造了制冷循环，可视化直接接触冷凝换热器与过冷蒸发器和压缩机相连，融入到制冷循环中，但是现有技术方案组装加工困难，对制冷循环了解不多的学者难以快速据此开展工作。另，现有技术中的可视化微环境恒温恒湿箱体可从正面进行液滴的冷凝和结晶过程的实时观测，但是不能实现壁面侧向的冷凝可视化，并且未见冷凝后的液体导出及称量和测量相关换热系数。冷凝模态可视化数据与换热系数的同步实时获取也非常重要。另外，在实际应用过程中诸多待冷凝气体的沸点较高，比如NO₂、VOC等，往往在配气过程中在管路与流量计处即发生冷凝造成流量控制不准和设备失效，而流量计又难以直接加热，但在已有专利中未见相关解决措施。更困难的是，有些腐蚀性气体冷凝时会对热电偶会造成不可逆转的腐蚀和破坏，为了精准快速响应地测温不能使用铠装热电偶，在狭小装置内实现热电偶的保护和密封是个棘手的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种气体冷凝换热特性的可视化检测装置及检测方法，所述可视化检测装置在捕捉冷凝模态图片和视频的同时实现了温度、液量数据的采集以实现换热系数的计算。本发明提出的一种气体冷凝换热特性的可视化检测装置及检测方法可供有需求的研究人员快速开展冷凝可视化相关工作，并能有效防止高沸点气体在流量控制位置的不适时冷凝，正面侧面多角度拍摄的视频和图片数据以及实时对应获取的换热系数变化可更深入地理解气体的冷凝过程，侧面旋转式高频切换光源可实现多角度可调光量供给满足图像捕捉设备的光源要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种气体冷凝换热特性的可视化检测装置，所述可视化检测装置包括：

配气单元、冷凝单元、制冷单元和数据采集单元；

所述配气单元与冷凝单元连接；所述制冷单元与所述冷凝单元连接，为冷凝单元提供冷量；所述数据采集单元与所述冷凝单元连接，以采集所述冷凝单元的温度信息和图像信息。

进一步地，所述配气单元包括：

待冷凝气体气瓶(1)、第一转子流量计(5)、不凝气体气瓶(2)、分子筛脱水吸附器(4)、第二转子流量计(24)、气体混合罐(8)、加热系统、恒温系统和若干第一阀门A～G；