一種可視化低擾動沸騰實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，屬于沸騰換熱領(lǐng)域。本實用新型的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，包括高速攝像機和加熱裝置，所述的加熱裝置包括支架、水浴容器和加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述水浴容器和加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)均設(shè)置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加熱容器和內(nèi)部實驗容器組成，外部加熱容器通過水浴對內(nèi)部實驗容器進行加熱，所述加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)中的加熱絲放置于內(nèi)部實驗容器中進行實驗。本方案利用半水浴加熱，內(nèi)部實驗容器內(nèi)水溫緩慢上升且溫度分布均勻，排除了由于水中沸騰擾動對加熱絲上形成氣泡的影響，并能升降電熱絲，適于使用調(diào)節(jié)。
【專利說明】
一種可視化低擾動沸騰實驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及沸騰換熱技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種可視化低擾動沸騰實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]沸騰傳熱熱量從壁面?zhèn)鹘o液體，使液體沸騰汽化的對流傳熱過程。沸騰傳熱與氣泡的產(chǎn)生和脫離密切相關(guān)，氣泡形成的條件是:①液體必須過熱;②要有汽化核心。這些條件是由氣泡與周圍液體的力平衡和熱平衡所決定的。沸騰作為一種高效的具有相變的換熱方式廣泛存在于各種換熱設(shè)備中，如鍋爐爐膛的水冷壁，微電子的冷卻器等，由于氣泡行為的復(fù)雜特性，對其研究尚不充分，因而在很大程度上限制了其應(yīng)用。
[0003]影響沸騰傳熱過程的因素很多，包括液體和蒸氣的性質(zhì)、加熱面的表面物理性質(zhì)和粗糙程度，尤其重要的是液體對表面的潤濕性以及操作壓力和溫度差。在泡核沸騰范圍內(nèi)，溫度差越大，傳熱分系數(shù)也越大。加熱壁面粗糙和能被液體潤濕時，也能使傳熱分系數(shù)增大。據(jù)此，將細(xì)小金屬顆粒沉積于金屬板或管上，制成金屬多孔表面，可使沸騰傳熱分系數(shù)提高十幾倍至幾十倍。而通過對氣泡的研究，能夠分析出加熱方式、液體擾動性對于沸騰傳熱的影響，有助于加快沸騰傳熱技術(shù)的發(fā)展。
[0004]進過檢索，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中已有相關(guān)的技術(shù)方案公開，如中國專利申請?zhí)?201210199702.8，申請日:2012年6月18日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:流動沸騰換熱機理實驗裝置及方法，該申請案公開了一種流動沸騰換熱機理實驗裝置及方法，包括蠕動栗、轉(zhuǎn)子流量計、恒溫水浴、實驗段、出口實驗段、高速攝像儀、超聲波顆粒檢測裝置、硅橡膠電加熱片、冷凝器、水箱、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及計算機，蠕動栗依次通過轉(zhuǎn)子流量計和恒溫水浴與實驗段進水口連接，實驗段出水口依次通過出口實驗段、冷凝器和水箱連接蠕動栗進水口，實驗段的硅橡膠電加熱片連接功率表和調(diào)壓器，對應(yīng)實驗段處分別設(shè)有與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及計算機連接的高速攝像儀，出口實驗段上安裝超聲波顆粒檢測裝置。
[0005]上述申請案重在研究窄通道沸騰換熱機理，而沒有給出如何控制加熱方式來觀測氣泡的產(chǎn)生的信息，不能有效的控制加熱過程中的溫差，還需進一步改進。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]1.實用新型要解決的技術(shù)問題
[0007]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中不便于觀測沸騰流體中氣泡的產(chǎn)生和生長的不足，提供了一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，本方案采用半水浴加熱，擾動小，不影響氣泡生長;并能升降電熱絲，適于使用調(diào)節(jié)。
[0008]2.技術(shù)方案
[0009]為達到上述目的，本實用新型提供的技術(shù)方案為:
[0010]本實用新型的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，包括高速攝像機和加熱裝置，所述的加熱裝置包括支架、水浴容器和加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述水浴容器和加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)均設(shè)置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加熱容器和內(nèi)部實驗容器組成，外部加熱容器通過水浴對內(nèi)部實驗容器進行加熱，所述加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)中的加熱絲放置于內(nèi)部實驗容器中進行實驗。
[0011]作為本實用新型更進一步的改進，所述支架底部設(shè)置有支撐板，在支撐板上表面設(shè)置有底座，所述外部加熱容器設(shè)置在底座上，通過底座上的加熱元件對外部加熱容器內(nèi)的水加熱。
[0012]作為本實用新型更進一步的改進，所述加熱元件為500W鎳絡(luò)加熱絲。
[0013]作為本實用新型更進一步的改進，所述的外部加熱容器和內(nèi)部實驗容器均由PC材料制成。
[0014]作為本實用新型更進一步的改進，所述的加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)還包括豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)和水平調(diào)節(jié)機構(gòu)，豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)用于調(diào)節(jié)加熱絲上下運動，水平調(diào)節(jié)機構(gòu)用于調(diào)節(jié)加熱絲水平移動。
[0015]作為本實用新型更進一步的改進，所述的豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由兩根升降桿組成，所述加熱絲設(shè)置在升降桿的底部，通過升降桿調(diào)整加熱絲高度;所述水平調(diào)節(jié)機構(gòu)包括固定桿，該固定桿與支架的連接橫桿滑動連接，升降桿上端與固定桿相連，則通過移動固定桿控制升降桿同步移動。
[0016]作為本實用新型更進一步的改進，所述升降桿底端設(shè)置有固定座，加熱絲通過橡皮套固定在固定座上。
[0017]作為本實用新型更進一步的改進，所述升降桿為中空結(jié)構(gòu)，與加熱絲相連的電線從升降桿內(nèi)部穿過連接至電源。
[0018]作為本實用新型更進一步的改進，所述加熱絲通過電線電連接有萬用表。
[0019]作為本實用新型更進一步的改進，所述底座為木質(zhì)材料，支撐板和支架均為不銹鋼材質(zhì)。
[0020]3.有益效果
[0021]采用本實用新型提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0022](I)本實用新型的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，設(shè)置有外部加熱容器和內(nèi)部實驗容器，通過外部加熱容器對內(nèi)部實驗容器進行加熱，即將內(nèi)部實驗容器放置在外部加熱容器中，一半在水中，一半在空氣中，利用內(nèi)部實驗容器下部的水加熱內(nèi)部實驗容器，內(nèi)部實驗容器內(nèi)水溫緩慢上升且溫度分布均勻，排除了由于水中沸騰擾動對加熱絲上形成氣泡的影響，便于做各種過冷度工況下的實驗；
[0023](2)本實用新型的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)包括豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)和水平調(diào)節(jié)機構(gòu)，豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)中的升降桿能夠調(diào)整高度，水平調(diào)節(jié)機構(gòu)中的固定桿與連接橫桿滑動連接，則既可以水平調(diào)節(jié)加熱絲位置，又能夠調(diào)節(jié)加熱絲高度，方便實驗調(diào)整，獲得較好的實驗位置，便于觀察；
[0024](3)本實用新型的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，加熱絲通過橡皮套固定在固定座上，保證加熱絲的水平性和張弛性;所設(shè)置的萬用表可記錄加熱絲兩端的電壓、電流，方便計算出加熱絲上熱流密度，能夠進一步確保分析氣泡行為的準(zhǔn)確性，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，原理簡單，便于推廣使用。
【附圖說明】

[0025]圖1為本實用新型的可視化低擾動沸騰實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本實用新型中水浴容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本實用新型中加熱絲與升降桿的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為本實用新型中支撐板與底座的位置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]示意圖中的標(biāo)號說明:1、高速攝像機;2、縱向支架;3、連接橫桿;4、升降桿;5、固定桿;6、固定座;7、加熱絲;8、支撐板;9、外部加熱容器;10、內(nèi)部實驗容器;11、底座。
【具體實施方式】
[0030]為進一步了解本實用新型的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作詳細(xì)描述。
[0031]實施例1
[0032]結(jié)合圖1，本實施例的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，外部框架總共分為兩層，該框架由支架構(gòu)成，支架包括縱向支架2和連接橫桿3，連接橫桿3固定在縱向支架2的上端，支架2下部用于固定加熱裝置，并可通過設(shè)置的高速攝像機I觀測加熱裝置中氣泡的產(chǎn)生及變化，進行實驗分析。
[0033]本實施例中的加熱裝置包括支架、水浴容器和加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)，水浴容器和加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)均設(shè)置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加熱容器9和內(nèi)部實驗容器10組成，如圖2所示，內(nèi)部實驗容器10位于外部加熱容器9內(nèi)，并在外部加熱容器9中加入水，外部加熱容器9通過水浴對內(nèi)部實驗容器10進行加熱，加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)中的加熱絲7放置于內(nèi)部實驗容器10中進行實驗。
[0034]為了能夠通過高速攝像機I進行觀測，外部加熱容器9和內(nèi)部實驗容器10均為透明材質(zhì)材料，本實施例中選為用PC材料。PC材料強度較好，可耐150°C溫度，透明度很高，可滿足觀察和拍照需要。
[0035]由于是采用了兩個容器來進行加熱，形成半水浴加熱，即將內(nèi)部實驗容器10放置在外部加熱容器9中，一半在水中，一半在空氣中，利用內(nèi)部實驗容器10下部的水加熱內(nèi)部實驗容器10，內(nèi)部實驗容器10內(nèi)水溫緩慢上升且溫度分布均勻，排除了由于水中沸騰擾動對加熱絲7上形成氣泡的影響，便于做各種過冷度工況下的實驗。
[0036]進一步地，支架底部設(shè)置有支撐板8，在支撐板8上表面設(shè)置有底座11，如圖4所示，所述外部加熱容器9設(shè)置在底座11上，通過底座11上的加熱元件對外部加熱容器9內(nèi)的水加熱。為了具有較好的加熱效果，加熱元件為500W鎳鉻加熱絲。支撐板8采用不銹鋼材質(zhì)，具有較好的結(jié)構(gòu)強度;底座11為木質(zhì)材料，可減少外部加熱容器9熱量的散失。
[0037]實施例2
[0038]本實施例的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實施例1相同，其不同之處在于:本實施例中的加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)還包括豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)和水平調(diào)節(jié)機構(gòu)，豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)用于調(diào)節(jié)加熱絲7上下運動，水平調(diào)節(jié)機構(gòu)用于調(diào)節(jié)加熱絲7水平移動。
[0039]更為具體地，豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由兩根升降桿4組成，所述加熱絲7設(shè)置在升降桿4的底部，通過升降桿4調(diào)整加熱絲7高度。水平調(diào)節(jié)機構(gòu)包括固定桿5，該固定桿5與支架的連接橫桿3滑動連接，升降桿4上端與固定桿5相連，則通過移動固定桿5控制升降桿4同步移動。
[0040]固定桿5的主要作用在于水平調(diào)節(jié)升降桿4，本實施例中在連接橫桿3的上下側(cè)設(shè)置有兩根固定桿5，以此實現(xiàn)滑動，該結(jié)構(gòu)還可為其他滑動連接形式，例如開設(shè)滑動槽、設(shè)置軌道等，沒有特別限制。
[0041]通過所設(shè)置的豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)和水平調(diào)節(jié)機構(gòu)，既可以水平調(diào)節(jié)加熱絲7位置，又能夠調(diào)節(jié)加熱絲7高度，方便實驗調(diào)整，獲得較好的實驗位置，便于觀察。
[0042]實施例3
[0043]結(jié)合圖3，本實施例的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實施例2相同，其不同之處在于:本實施例中升降桿4底端設(shè)置有固定座6，加熱絲7通過橡皮套固定在固定座6上，保證加熱絲的水平性和張弛性。
[0044]實施例4
[0045]本實施例的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實施例3相同，其不同之處在于:本實施例中的升降桿4為中空結(jié)構(gòu)，與加熱絲7相連的電線從升降桿4內(nèi)部穿過，并連接至電源，可保護電線不被損壞。加熱絲7通過電線電連接有萬用表，通過萬用表可記錄加熱絲兩端的電壓、電流，方便計算出加熱絲上熱流密度，能夠進一步確保分析氣泡行為的準(zhǔn)確性。
[0046]對于本實用新型的方案，其具體操作過程如下:
[0047](I)將外部加熱容器加自來水，內(nèi)部實驗容器加適量蒸餾水，加至3.5L刻度線上，然后接通加熱絲插頭。
[0048](2)內(nèi)部實驗容器內(nèi)水溫緩慢上升，達到所需要溫度時可進行實驗。若需要更高的溫度，則須外部水沸騰后持續(xù)加熱，最好使用斷續(xù)式加熱(當(dāng)內(nèi)外水溫差超過20度時，可先斷電，等待溫度接近時繼續(xù)通電，這樣可減少外部水的蒸發(fā)，且更省電)，實驗容器前期需加個蓋子，減少蒸餾水的蒸發(fā)速度，直至實驗容器內(nèi)水溫達到所需溫度。
[0049](3)調(diào)節(jié)豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)和水平調(diào)節(jié)機構(gòu)，將加熱絲放入實驗容器合適位置(加熱絲要盡量拉直，且水平放置，防止影響氣泡運動)。
[0050](4)調(diào)節(jié)直流電源電壓、電流，使其為零，打開直流電源開關(guān)。
[0051](5)先逐步增大電壓至足夠大，電流為零，再逐漸調(diào)整電流至合適位置，加熱絲上會產(chǎn)生氣泡，可進行拍照等實驗，并記錄各項數(shù)據(jù)。
[0052](6)改變熱流密度(電壓、電流)，進行重復(fù)操作
[0053](7)若需更換加熱絲，首先應(yīng)將直流電源斷電，然后使用升降裝置將加熱絲升起，換成另一種加熱絲，重復(fù)上述步驟。
[0054](8)實驗結(jié)束后，首先關(guān)掉電源，然后關(guān)掉各種設(shè)備，將加熱絲升起。
[0055]本方案巧妙地利用了各種吸熱與放熱現(xiàn)象，找到了一個溫度平衡點。在現(xiàn)行條件下，這種得到穩(wěn)定溫度溶液的方式易用性很強，排除了由于水中沸騰擾動對加熱絲上形成氣泡的影響。另一方面，與大多數(shù)固定加熱絲的方式不同，可采用可升降鋼管來固定加熱絲，使加熱絲懸在實驗容器中，各種電線都從薄壁鋼管中心穿過，減少了線路擾動對水的影響，且對線路起到保護作用。
[0056]以上示意性的對本實用新型及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本實用新型的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實用新型創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，包括高速攝像機(I)和加熱裝置，其特征在于:所述的加熱裝置包括支架、水浴容器和加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述水浴容器和加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)均設(shè)置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加熱容器(9)和內(nèi)部實驗容器(10)組成，外部加熱容器(9)通過水浴對內(nèi)部實驗容器(10)進行加熱，所述加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)中的加熱絲(7)放置于內(nèi)部實驗容器(10)中進行實驗。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述支架底部設(shè)置有支撐板(8)，在支撐板(8)上表面設(shè)置有底座(11)，所述外部加熱容器(9)設(shè)置在底座(11)上，通過底座(11)上的加熱元件對外部加熱容器(9)內(nèi)的水加熱。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述加熱元件為500W鎳鉻加熱絲。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述的外部加熱容器(9)和內(nèi)部實驗容器(1)均由PC材料制成。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述的加熱絲調(diào)節(jié)機構(gòu)還包括豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)和水平調(diào)節(jié)機構(gòu)，豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)用于調(diào)節(jié)加熱絲(7)上下運動，水平調(diào)節(jié)機構(gòu)用于調(diào)節(jié)加熱絲(7)水平移動。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述的豎直調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由兩根升降桿(4)組成，所述加熱絲(7)設(shè)置在升降桿(4)的底部，通過升降桿(4)調(diào)整加熱絲(7)高度;所述水平調(diào)節(jié)機構(gòu)包括固定桿(5)，該固定桿(5)與支架的連接橫桿(3)滑動連接，升降桿(4)上端與固定桿(5)相連，則通過移動固定桿(5)控制升降桿(4)同步移動。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述升降桿(4)底端設(shè)置有固定座(6)，加熱絲(7)通過橡皮套固定在固定座(6)上。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述升降桿(4)為中空結(jié)構(gòu)，與加熱絲(7)相連的電線從升降桿(4)內(nèi)部穿過連接至電源。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述加熱絲(7)通過電線電連接有萬用表。10.根據(jù)權(quán)利要求5?9中任一項所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述底座(11)為木質(zhì)材料，支撐板(8)和支架均為不銹鋼材質(zhì)。
【文檔編號】G01N25/00GK205720064SQ201620572602
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】楚化強, 魏瑤, 朱帥, 丁先, 顧明言
【申請人】安徽工業(yè)大學(xué)