[发明专利]一种可视化池沸腾实验系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种可视化池沸腾实验系统及其工作方法，实验系统包括池沸腾子系统、冷却循环子系统、数据采集子系统。本发明适用于不同压力下多种液体工质的可视化沸腾实验，不仅能够直接观察到测试底板上各阶段的沸腾现象，并通过高速摄像机获得气泡生成、长大、合并和脱离过程的动力学参数，而且还可以有效排除沸腾池液位高度变化对池沸腾气泡动力性能的干扰，从而为池沸腾换热的气泡动力学实验研究提供了一种可靠的技术手段，同时本发明还公开了一种可视化池沸腾实验系统的工作方法。

技术领域

本发明涉及能源换热技术领域，尤其是涉及一种可视化池沸腾实验系统及其工作方法。

背景技术

未来的技术产品将会越来越多地集成在具有更高热负荷的紧凑空间中，如果产生的热负荷无法得到及时地释放，设备的故障率将呈指数倍增加，从而导致工作性能和效率的降低。这促使着人们寻求更好的散热解决方案，以确保设备稳定运行。在严峻的工业发展形势下，沸腾传热是一种有效的去除高热流密度的方法，能够将物体表面温度维持在所定范围内，对沸腾特性的研究有助于改善能源使用过程，提高利用效率。气泡的行为是影响沸腾性能的关键因素，所以，研发一种能够采集气泡动力学数据的可视化池沸腾实验系统已经迫在眉睫。

申请号为201910820552.X，名称为“一种大容器沸腾实验系统”的发明专利，公开了一种可以观察池沸腾各个沸腾阶段的实验系统，包括计算机、功率调节主控台、密封腔室和数据采集模块。该发明在密闭腔室内填充了低沸点的液体工质，可以在较低温度下达到膜态沸腾状态，实现观察大容器沸腾的全过程。该发明虽然采用透明沸腾腔室，可以看到各阶段沸腾状态的不同，但是在不借助辅助光源的情况下仅凭肉眼难以准确观察并记录剧烈沸腾状态下的气泡运动情况，因此该发明只适用于对沸腾现象的初步认知性实验；此外，该发明在冷却盘管表面被冷凝的液体工质只是简单的滴落进液池，会对液池内气泡的运动造成一定的破坏；而且该专利液体工质沸腾发生在密闭腔室中，在没有设置压力调节装置装置的情况下也无法稳定系统内压力；最后，该专利只能使用低沸点液体工质，限制了实验条件，且无法保持液位高度这一影响气泡行为的因素在实验过程中保持一致。

申请号为201610477989.4，名称为“一种可视化大容器沸腾实验装置”的发明专利，公开了一种直接观察到加热丝上气泡生长过程和各种射流现象的实验装置，包括支架、加热丝固定调节机构、水浴加热机构、高速摄像机和扫描电镜。该发明对敞开式沸腾池进行水浴加热和电加热丝加热方式研究池沸腾性能，再通过高速摄像机和扫描电镜捕捉气泡行为。该发明的沸腾池与大气直接相通，没有添加冷凝模块，沸腾产生的蒸汽直接排放到环境之中，如此一来需要不停的补充液体工质，扰乱稳定沸腾状态的同时浪费实验耗材；另外，该发明中扫描电镜和高速摄像机的作用都是拍摄沸腾产生气泡的运动方式，两个实验器材作用重复，使得实验系统复杂；最后，该发明采用的水浴加热与电加热丝加热方式，水浴加热研究工况受限，无法输入大范围的热流密度，而电加热丝加热方式热流密度不均匀。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种可视化池沸腾实验系统，能够满足可视化采集沸腾过程中气泡动力学数据和得到对流传热系数的要求，同时可以高效率稳定运行，且系统相对简单，初步投资较小。并提供了该系统的工作方法。

技术方案：一种可视化池沸腾实验系统，包括池沸腾子系统、冷却循环子系统、数据采集子系统，池沸腾子系统包括螺母、上盖、池沸腾观察室、螺栓、垫圈、测试底板、热源腔体、电加热棒、底座、保温层、绝缘层、垫片、调压器、电参数测量仪，由内周至外周依次设置的电加热棒、热源腔体、保温层、绝缘层分别与底座上表面连接，测试底板在绝缘层内圈中与热源腔体上表面贴合，池沸腾观察室安装于测试底板顶面，两者的接触面之间设置有垫圈，垫片在池沸腾观察室外围设置于测试底板顶面，上盖安装于池沸腾观察室顶部的周向，池沸腾观察室周向设有多个螺栓，螺栓一端依次穿设垫片、测试底板、热源腔体，另一端穿设于上盖并分别通过螺母对应连接，电参数测量仪与电加热棒连接，调压器与电参数测量仪连接；