一种可视化低扰动沸腾实验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可视化低扰动沸腾实验装置，属于沸腾换热领域。本实用新型的一种可视化低扰动沸腾实验装置，包括高速摄像机和加热装置，所述的加热装置包括支架、水浴容器和加热丝调节机构，所述水浴容器和加热丝调节机构均设置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加热容器和内部实验容器组成，外部加热容器通过水浴对内部实验容器进行加热，所述加热丝调节机构中的加热丝放置于内部实验容器中进行实验。本方案利用半水浴加热，内部实验容器内水温缓慢上升且温度分布均匀，排除了由于水中沸腾扰动对加热丝上形成气泡的影响，并能升降电热丝，适于使用调节。
【专利说明】
一种可视化低扰动沸腾实验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及沸腾换热技术领域，更具体地说，涉及一种可视化低扰动沸腾实验装置。
【背景技术】
[0002]沸腾传热热量从壁面传给液体，使液体沸腾汽化的对流传热过程。沸腾传热与气泡的产生和脱离密切相关，气泡形成的条件是:①液体必须过热;②要有汽化核心。这些条件是由气泡与周围液体的力平衡和热平衡所决定的。沸腾作为一种高效的具有相变的换热方式广泛存在于各种换热设备中，如锅炉炉膛的水冷壁，微电子的冷却器等，由于气泡行为的复杂特性，对其研究尚不充分，因而在很大程度上限制了其应用。
[0003]影响沸腾传热过程的因素很多，包括液体和蒸气的性质、加热面的表面物理性质和粗糙程度，尤其重要的是液体对表面的润湿性以及操作压力和温度差。在泡核沸腾范围内，温度差越大，传热分系数也越大。加热壁面粗糙和能被液体润湿时，也能使传热分系数增大。据此，将细小金属颗粒沉积于金属板或管上，制成金属多孔表面，可使沸腾传热分系数提高十几倍至几十倍。而通过对气泡的研究，能够分析出加热方式、液体扰动性对于沸腾传热的影响，有助于加快沸腾传热技术的发展。
[0004]进过检索，发现现有技术中已有相关的技术方案公开，如中国专利申请号:201210199702.8，申请日:2012年6月18日，发明创造名称为:流动沸腾换热机理实验装置及方法，该申请案公开了一种流动沸腾换热机理实验装置及方法，包括蠕动栗、转子流量计、恒温水浴、实验段、出口实验段、高速摄像仪、超声波颗粒检测装置、硅橡胶电加热片、冷凝器、水箱、数据采集系统及计算机，蠕动栗依次通过转子流量计和恒温水浴与实验段进水口连接，实验段出水口依次通过出口实验段、冷凝器和水箱连接蠕动栗进水口，实验段的硅橡胶电加热片连接功率表和调压器，对应实验段处分别设有与数据采集系统及计算机连接的高速摄像仪，出口实验段上安装超声波颗粒检测装置。
[0005]上述申请案重在研究窄通道沸腾换热机理，而没有给出如何控制加热方式来观测气泡的产生的信息，不能有效的控制加热过程中的温差，还需进一步改进。
【实用新型内容】
[0006]1.实用新型要解决的技术问题
[0007]本实用新型的目的在于克服现有技术中不便于观测沸腾流体中气泡的产生和生长的不足，提供了一种可视化低扰动沸腾实验装置，本方案采用半水浴加热，扰动小，不影响气泡生长;并能升降电热丝，适于使用调节。
[0008]2.技术方案
[0009]为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为:
[0010]本实用新型的一种可视化低扰动沸腾实验装置，包括高速摄像机和加热装置，所述的加热装置包括支架、水浴容器和加热丝调节机构，所述水浴容器和加热丝调节机构均设置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加热容器和内部实验容器组成，外部加热容器通过水浴对内部实验容器进行加热，所述加热丝调节机构中的加热丝放置于内部实验容器中进行实验。
[0011]作为本实用新型更进一步的改进，所述支架底部设置有支撑板，在支撑板上表面设置有底座，所述外部加热容器设置在底座上，通过底座上的加热元件对外部加热容器内的水加热。
[0012]作为本实用新型更进一步的改进，所述加热元件为500W镍络加热丝。
[0013]作为本实用新型更进一步的改进，所述的外部加热容器和内部实验容器均由PC材料制成。
[0014]作为本实用新型更进一步的改进，所述的加热丝调节机构还包括竖直调节机构和水平调节机构，竖直调节机构用于调节加热丝上下运动，水平调节机构用于调节加热丝水平移动。
[0015]作为本实用新型更进一步的改进，所述的竖直调节机构主要由两根升降杆组成，所述加热丝设置在升降杆的底部，通过升降杆调整加热丝高度;所述水平调节机构包括固定杆，该固定杆与支架的连接横杆滑动连接，升降杆上端与固定杆相连，则通过移动固定杆控制升降杆同步移动。
[0016]作为本实用新型更进一步的改进，所述升降杆底端设置有固定座，加热丝通过橡皮套固定在固定座上。
[0017]作为本实用新型更进一步的改进，所述升降杆为中空结构，与加热丝相连的电线从升降杆内部穿过连接至电源。
[0018]作为本实用新型更进一步的改进，所述加热丝通过电线电连接有万用表。
[0019]作为本实用新型更进一步的改进，所述底座为木质材料，支撑板和支架均为不锈钢材质。
[0020]3.有益效果
[0021]采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0022](I)本实用新型的一种可视化低扰动沸腾实验装置，设置有外部加热容器和内部实验容器，通过外部加热容器对内部实验容器进行加热，即将内部实验容器放置在外部加热容器中，一半在水中，一半在空气中，利用内部实验容器下部的水加热内部实验容器，内部实验容器内水温缓慢上升且温度分布均匀，排除了由于水中沸腾扰动对加热丝上形成气泡的影响，便于做各种过冷度工况下的实验；
[0023](2)本实用新型的一种可视化低扰动沸腾实验装置，加热丝调节机构包括竖直调节机构和水平调节机构，竖直调节机构中的升降杆能够调整高度，水平调节机构中的固定杆与连接横杆滑动连接，则既可以水平调节加热丝位置，又能够调节加热丝高度，方便实验调整，获得较好的实验位置，便于观察；
[0024](3)本实用新型的一种可视化低扰动沸腾实验装置，加热丝通过橡皮套固定在固定座上，保证加热丝的水平性和张弛性;所设置的万用表可记录加热丝两端的电压、电流，方便计算出加热丝上热流密度，能够进一步确保分析气泡行为的准确性，结构设计合理，原理简单，便于推广使用。
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型的可视化低扰动沸腾实验装置的结构示意图；
[0026]图2为本实用新型中水浴容器的结构示意图；
[0027]图3为本实用新型中加热丝与升降杆的连接结构示意图；
[0028]图4为本实用新型中支撑板与底座的位置结构示意图。
[0029]示意图中的标号说明:1、高速摄像机;2、纵向支架;3、连接横杆;4、升降杆;5、固定杆;6、固定座;7、加热丝;8、支撑板;9、外部加热容器;10、内部实验容器;11、底座。
【具体实施方式】
[0030]为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。
[0031]实施例1
[0032]结合图1，本实施例的一种可视化低扰动沸腾实验装置，外部框架总共分为两层，该框架由支架构成，支架包括纵向支架2和连接横杆3，连接横杆3固定在纵向支架2的上端，支架2下部用于固定加热装置，并可通过设置的高速摄像机I观测加热装置中气泡的产生及变化，进行实验分析。
[0033]本实施例中的加热装置包括支架、水浴容器和加热丝调节机构，水浴容器和加热丝调节机构均设置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加热容器9和内部实验容器10组成，如图2所示，内部实验容器10位于外部加热容器9内，并在外部加热容器9中加入水，外部加热容器9通过水浴对内部实验容器10进行加热，加热丝调节机构中的加热丝7放置于内部实验容器10中进行实验。
[0034]为了能够通过高速摄像机I进行观测，外部加热容器9和内部实验容器10均为透明材质材料，本实施例中选为用PC材料。PC材料强度较好，可耐150°C温度，透明度很高，可满足观察和拍照需要。
[0035]由于是采用了两个容器来进行加热，形成半水浴加热，即将内部实验容器10放置在外部加热容器9中，一半在水中，一半在空气中，利用内部实验容器10下部的水加热内部实验容器10，内部实验容器10内水温缓慢上升且温度分布均匀，排除了由于水中沸腾扰动对加热丝7上形成气泡的影响，便于做各种过冷度工况下的实验。
[0036]进一步地，支架底部设置有支撑板8，在支撑板8上表面设置有底座11，如图4所示，所述外部加热容器9设置在底座11上，通过底座11上的加热元件对外部加热容器9内的水加热。为了具有较好的加热效果，加热元件为500W镍铬加热丝。支撑板8采用不锈钢材质，具有较好的结构强度;底座11为木质材料，可减少外部加热容器9热量的散失。
[0037]实施例2
[0038]本实施例的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于:本实施例中的加热丝调节机构还包括竖直调节机构和水平调节机构，竖直调节机构用于调节加热丝7上下运动，水平调节机构用于调节加热丝7水平移动。
[0039]更为具体地，竖直调节机构主要由两根升降杆4组成，所述加热丝7设置在升降杆4的底部，通过升降杆4调整加热丝7高度。水平调节机构包括固定杆5，该固定杆5与支架的连接横杆3滑动连接，升降杆4上端与固定杆5相连，则通过移动固定杆5控制升降杆4同步移动。
[0040]固定杆5的主要作用在于水平调节升降杆4，本实施例中在连接横杆3的上下侧设置有两根固定杆5，以此实现滑动，该结构还可为其他滑动连接形式，例如开设滑动槽、设置轨道等，没有特别限制。
[0041]通过所设置的竖直调节机构和水平调节机构，既可以水平调节加热丝7位置，又能够调节加热丝7高度，方便实验调整，获得较好的实验位置，便于观察。
[0042]实施例3
[0043]结合图3，本实施例的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其基本结构与实施例2相同，其不同之处在于:本实施例中升降杆4底端设置有固定座6，加热丝7通过橡皮套固定在固定座6上，保证加热丝的水平性和张弛性。
[0044]实施例4
[0045]本实施例的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其基本结构与实施例3相同，其不同之处在于:本实施例中的升降杆4为中空结构，与加热丝7相连的电线从升降杆4内部穿过，并连接至电源，可保护电线不被损坏。加热丝7通过电线电连接有万用表，通过万用表可记录加热丝两端的电压、电流，方便计算出加热丝上热流密度，能够进一步确保分析气泡行为的准确性。
[0046]对于本实用新型的方案，其具体操作过程如下:
[0047](I)将外部加热容器加自来水，内部实验容器加适量蒸馏水，加至3.5L刻度线上，然后接通加热丝插头。
[0048](2)内部实验容器内水温缓慢上升，达到所需要温度时可进行实验。若需要更高的温度，则须外部水沸腾后持续加热，最好使用断续式加热(当内外水温差超过20度时，可先断电，等待温度接近时继续通电，这样可减少外部水的蒸发，且更省电)，实验容器前期需加个盖子，减少蒸馏水的蒸发速度，直至实验容器内水温达到所需温度。
[0049](3)调节竖直调节机构和水平调节机构，将加热丝放入实验容器合适位置(加热丝要尽量拉直，且水平放置，防止影响气泡运动)。
[0050](4)调节直流电源电压、电流，使其为零，打开直流电源开关。
[0051](5)先逐步增大电压至足够大，电流为零，再逐渐调整电流至合适位置，加热丝上会产生气泡，可进行拍照等实验，并记录各项数据。
[0052](6)改变热流密度(电压、电流)，进行重复操作
[0053](7)若需更换加热丝，首先应将直流电源断电，然后使用升降装置将加热丝升起，换成另一种加热丝，重复上述步骤。
[0054](8)实验结束后，首先关掉电源，然后关掉各种设备，将加热丝升起。
[0055]本方案巧妙地利用了各种吸热与放热现象，找到了一个温度平衡点。在现行条件下，这种得到稳定温度溶液的方式易用性很强，排除了由于水中沸腾扰动对加热丝上形成气泡的影响。另一方面，与大多数固定加热丝的方式不同，可采用可升降钢管来固定加热丝，使加热丝悬在实验容器中，各种电线都从薄壁钢管中心穿过，减少了线路扰动对水的影响，且对线路起到保护作用。
[0056]以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种可视化低扰动沸腾实验装置，包括高速摄像机(I)和加热装置，其特征在于:所述的加热装置包括支架、水浴容器和加热丝调节机构，所述水浴容器和加热丝调节机构均设置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加热容器(9)和内部实验容器(10)组成，外部加热容器(9)通过水浴对内部实验容器(10)进行加热，所述加热丝调节机构中的加热丝(7)放置于内部实验容器(10)中进行实验。2.根据权利要求1所述的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其特征在于:所述支架底部设置有支撑板(8)，在支撑板(8)上表面设置有底座(11)，所述外部加热容器(9)设置在底座(11)上，通过底座(11)上的加热元件对外部加热容器(9)内的水加热。3.根据权利要求2所述的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其特征在于:所述加热元件为500W镍铬加热丝。4.根据权利要求1或2或3所述的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其特征在于:所述的外部加热容器(9)和内部实验容器(1)均由PC材料制成。5.根据权利要求2所述的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其特征在于:所述的加热丝调节机构还包括竖直调节机构和水平调节机构，竖直调节机构用于调节加热丝(7)上下运动，水平调节机构用于调节加热丝(7)水平移动。6.根据权利要求5所述的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其特征在于:所述的竖直调节机构主要由两根升降杆(4)组成，所述加热丝(7)设置在升降杆(4)的底部，通过升降杆(4)调整加热丝(7)高度;所述水平调节机构包括固定杆(5)，该固定杆(5)与支架的连接横杆(3)滑动连接，升降杆(4)上端与固定杆(5)相连，则通过移动固定杆(5)控制升降杆(4)同步移动。7.根据权利要求6所述的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其特征在于:所述升降杆(4)底端设置有固定座(6)，加热丝(7)通过橡皮套固定在固定座(6)上。8.根据权利要求6所述的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其特征在于:所述升降杆(4)为中空结构，与加热丝(7)相连的电线从升降杆(4)内部穿过连接至电源。9.根据权利要求8所述的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其特征在于:所述加热丝(7)通过电线电连接有万用表。10.根据权利要求5?9中任一项所述的一种可视化低扰动沸腾实验装置，其特征在于:所述底座(11)为木质材料，支撑板(8)和支架均为不锈钢材质。
【文档编号】G01N25/00GK205720064SQ201620572602
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】楚化强, 魏瑶, 朱帅, 丁先, 顾明言
【申请人】安徽工业大学