适用于海洋温差发电系统降膜蒸发器的喷雾撞壁实验装置的制作方法

本发明涉及一种喷雾撞壁实验装置，特别是关于一种适用于海洋温差能发电降膜蒸发器的喷雾撞壁实验装置。

背景技术：

目前，海洋温差能储量巨大，且具有清洁可再生和全天候运行等优点，海洋温差能资源开发利用是保障岛礁供电的一个重要选项。由于冷、热海水温差有限，能量品味低，为保证蒸发器热负荷足够蒸发循环工质，需使用大量表层温海水，造成蒸发器尺寸大，工程成本高。因此，高效蒸发器的开发十分重要。

国内外研究者对液滴碰撞壁面的可视化实验装置的实现形式是，采用针头形成液滴，将针头悬挂在一定高度，液滴自由落体垂直碰撞水平壁面，并采用高速摄像仪记录液滴撞壁前后的整个过程。上述方法针对单液滴进行研究，没有考虑喷雾撞壁液滴间相互作用的影响，且由于悬挂高度有限，使得液滴的撞壁速度较小。同时，该方法不能直接测试液滴的撞壁速度，其撞壁速度是由自由落体定律计算得到，受图像分析方法的局限性影响，计算所得撞壁速度与实际撞壁速度存在一定误差，且现有装置多针对液滴碰撞平面进行研究，不能研究液滴碰撞管束表面以及撞击角度的影响。此外，对于现有喷雾实验装置往往只能实现自由喷雾的研究，对于喷雾液滴群撞壁过程无法观测。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用于海洋温差发电系统降膜蒸发器的喷雾撞壁实验装置，该装置能实现喷雾液滴群碰撞管束表面过程的可视化观测，仿真度高、实验结果准确。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种适用于海洋温差发电系统降膜蒸发器的喷雾撞壁实验装置，其特征在于：它包括喷雾液滴群生成系统、壁面加热系统、壁面控制系统和流动传热测试系统；所述喷雾液滴群生成系统将生成的喷雾液滴喷淋至所述壁面加热系统，所述壁面加热系统与所述壁面控制系统连接，所述流动传热测试系统用于采集所述壁面加热系统的流动参数和传热参数。

进一步，所述喷雾液滴群生成系统包括储罐、管路、工质泵和喷嘴；所述储罐的输出端通过所述管路与所述工质泵入口连接，所述工质泵的出口经所述管路与所述喷嘴连接；所述喷嘴位于所述壁面加热系统上方。

进一步，在所述储罐与所述工质泵之间的所述管路上设置有阀门和压力表。

进一步，所述喷嘴采用压力雾化喷嘴。

进一步，所述壁面加热系统包括加热装置、加热棒和热电偶；所述加热装置采用t型结构，其由加热柱和管束焊接而成，所述管束与所述壁面控制系统连接；位于所述加热柱一侧设置有所述加热棒，位于所述管束一侧设置有所述热电偶；所述喷嘴位于所述管束上方，且所述热电偶在所述管束上的设置位置位于所述喷嘴的喷射范围内。

进一步，所述加热柱上间隔设置有若干盲孔，所述加热棒通过盲孔安装在所述加热柱上，所述管束上间隔设置有若干插孔，所述热电偶通过插孔由下向上插设至所述管束表面。

进一步，所述壁面控制系统包括底座、支座、滑动支架和曲轴；所述底座一端设置有所述支座，所述底座另一端设置有所述曲轴；靠近所述曲轴一侧的所述底座上还设置有所述滑动支架；所述管束一端放置在所述支座上，所述管束另一端连接在所述滑动支架上；所述滑动支架与所述曲轴连接。

进一步，所述滑动支架包括滑动板和固定座；所述固定座固定在所述底座上，且所述固定座上设置有安装孔，所述滑动板一侧与所述管束连接，且所述滑动板与所述管束连接处下部通过所述安装孔与所述固定座活动连接；所述滑动板另一侧中部与所述曲轴连接。

进一步，所述滑动板采用片状钢板制成，插设在所述安装孔内的所述滑动板上设置有刻度。

进一步，所述流动传热测试系统包括粒子成像测速仪、高速摄像仪和计算机；所述粒子成像测速仪将测量到的雾化液滴撞壁速度和雾化粒径传输至所述计算机；所述高速摄像仪将拍摄到的状态图像信息传输至所述计算机。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用高速显微摄像仪观测喷雾液滴与管束表面接触后的铺展、飞溅和回弹等现象，可实现喷雾液滴群碰撞管束表面过程的可视化观测。2、本发明采用粒子成像测速仪进行测量，通过调整粒子成像测速仪的高度，可实现不同碰撞速度和不同雾化粒径下喷雾液滴群碰撞管束表面流动传热特性的测量。3、本发明通过调整曲轴可改变滑动支架的高度，可实现喷雾液滴群以不同撞击角度冲击管束表面流动传热特性的测量。4、本发明通过调节加热棒功率可获得不同管束表面温度，可实现喷雾液滴群碰撞不同温度管束表面流动传热特性的测量。5、本发明采用降膜蒸发器可使得工质沿加热管束表面呈膜状流动状态，与传统满液式蒸发器相比，传热系数较高，蒸发效果好。6、本发明的喷淋式降膜蒸发器采用喷嘴将工质雾化，使得工质沿加热管束均匀布膜，整机性能高。综上所述，本发明通过掌握不同碰撞速度和雾化粒径下喷雾碰撞加热管束表面的流动和传热特性规律，可实现对降膜蒸发器的优化设计，该装置为深入研究喷雾撞壁机理提供了基础，为高效喷淋式降膜蒸发器的研发提供了实验支持，可以广泛在海洋温差发电系统中应用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的壁面加热系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1和图2所示，本发明提供一种适用于海洋温差发电系统降膜蒸发器的喷雾撞壁实验装置，其包括喷雾液滴群生成系统、壁面加热系统、壁面控制系统和流动传热测试系统。喷雾液滴群生成系统将生成的喷雾液滴喷淋至壁面加热系统，壁面加热系统与壁面控制系统连接，由壁面控制系统调节壁面加热系统的角度，流动传热测试系统用于采集壁面加热系统的流动参数和传热参数。

在一个优选地实施例中，喷雾液滴群生成系统包括储罐1、管路2、工质泵3和喷嘴4。储罐1的输出端通过管路2与工质泵3入口连接，工质泵3的出口经管路2与喷嘴4连接；喷嘴4位于壁面加热系统上方。使用时，储罐1内液体经工质泵3输送到喷嘴4，雾化形成液滴群。其中，雾化液滴的撞壁速度和雾化粒径可通过改变工质泵3的功率进行调节。

上述实施例中，在储罐1与工质泵3之间的管路2上设置有阀门5和压力表6。

上述各实施例中，喷嘴4采用压力雾化喷嘴。

在一个优选地实施例中，如图2所示，壁面加热系统包括加热装置7、加热棒8和热电偶9；加热装置7采用t型结构，其由加热柱10和管束11焊接而成，管束11与壁面控制系统连接。位于加热柱10一侧设置有加热棒8，位于管束11一侧设置有热电偶9。喷嘴4位于管束11上方，且热电偶9在管束11上的设置位置位于喷嘴4的喷射范围内。在实验中，为模拟海洋温差热源条件，通过调节加热棒8的功率可获得不同管束11的表面温度，将管束11表面温度控制在25～35℃。

上述实施例中，加热柱10上间隔设置有若干盲孔，加热棒8通过盲孔安装在加热柱10上。管束11上间隔设置有若干插孔，热电偶9通过插孔由下向上插设至管束11表面，可实时测量在撞壁过程中管束11表面的温度分布。在本实施例中，盲孔优选为4个，插孔优选为5个。

上述各实施例中，加热柱10和管束11采用相同材料制成，例如采用钛合金材料。

在一个优选地实施例中，壁面控制系统包括底座12、支座13、滑动支架14和曲轴15。底座12一端设置有支座13，底座12另一端设置有曲轴15；靠近曲轴15一侧的底座12上还设置有滑动支架14。管束11一端放置在支座13上，管束11另一端连接在滑动支架14上；滑动支架14与曲轴15连接，由曲轴15带动滑动支架14进行运动。

上述实施例中，滑动支架14包括滑动板16和固定座17。固定座17固定在底座12上，且固定座17上设置有安装孔，滑动板16一侧与管束11连接，且滑动板16与管束11连接处下部通过安装孔与固定座17活动连接。滑动板16另一侧中部与曲轴15连接，由曲轴15带动滑动板16进行上下运动，改变滑动板16的高度，进而改变管束11靠近滑动板16一端的高度，可获得雾化液滴对管束11的不同撞击角，根据余弦定理可计算得到撞击角大小。其中，滑动板16采用片状钢板制成。

上述各实施例中，插设在安装孔内的滑动板16上设置有刻度，刻度零点位于滑动板16与管束11的连接处。

在一个优选地实施例中，流动传热测试系统包括粒子成像测速仪18、高速摄像仪19和计算机20。粒子成像测速仪18和高速摄像仪19均设置在喷嘴4与管束11之间区域的一侧，粒子成像测速仪18将测量到的雾化液滴撞壁速度和雾化粒径传输至计算机20；高速摄像仪19将拍摄到的状态图像信息传输至计算机20。实验中，通过调整粒子成像测速仪18的高度，可测量雾化液滴撞壁速度和雾化粒径；通过调节高速摄像仪19的拍摄帧数和像素可改变拍摄区域大小和拍摄频率。

上述实施例中，高速摄像仪19的拍摄区域为雾化液滴与管束11表面的碰撞区域。高速摄像仪19拍摄到的状态图像信息为雾化液滴与管束11表面接触后的铺展、飞溅和回弹等现象。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。