专利名称：声空化强化传热系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种声空化强化传热系统。
背景技术：
声空化(Acoustic Cavitation)及其相关效应研究是目前国际上的热点前沿课题之一。声空化强化传热技术是近年来新兴的、引起人们广泛关注的第三代有源强化传热技术，也是声空化技术在传热学领域的新应用。它从根本上强化传热过程着手，试图发展能直接强化传热机制的新型强化技术，从而实现在工程实际中有效强化传热过程。已有的研究表明，声空化对传热有显著的强化作用，空化气泡形成的高温、高压及空化泡崩溃时形成的强压力脉冲，能够使壁面热边界层减薄，同时影响沸腾换热壁面上气泡胚胎的生成、长大和脱离。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种声空化强化传热系统。
本实用新型可广泛用于各类热壁面与液体工质间的传热强化及过程观测，与相同条件的传热相比，声空化技术的采用可大幅度提高传热系数。
为实现上述目的，本实用新型提供的声空化强化传热测试系统主要包括一箱体，为密封容器，内部盛放液体工质。
一冷凝器，浸置于液体工质内，以对该液体进行调温。
一超声换能器置于箱体内的液体工质中，且与一超声波发生器相连接。
一换热件，水平安装在箱体中间，该换热件为内外双层铜管嵌套而成；内管的内部装设有热源，该热源与外部电源相连接。
在换热件附近液体工质中分散放置有若干只热电偶，用以测量液体工质的温度变化；在换热件内管外表面与外管内表面之间也分散放置有若干热电偶；各热电偶连接至温度测量仪。该温度测量仪还可连接至一计算机。
由上述系统，在工作过程中将超声换能器插入箱体内的液体工质内，超声换能器的末端插入液体工质深度为1-2.5cm。
打开电源，并通过变压器调节加热器两端的电压至所需的值，经电压表和电流表测量并记录通过换热件中加热器的电流和其两端的电压值，由此可以确定通过换热件的热流量。然后打开冷凝器，再开启超声波发生器，待系统稳定后记录换热件与液体工质温度及空化参数等。可分别调节加热器的功率与超声换能器参数等得到不同工况下的声空化强化传热的数据。
图1为本实用新型系统结构示意图。
图2为图1中换热件结构的放大示意图。
图2a为图2中沿A-A剖面图。
图2b为图2中沿B-B剖面图。
图2c为图2中沿C-C剖面图。
图3为本实用新型测控液体温度用热电偶布置的示意图。
图4采用本实用新型所测的有声空化与没有声空化时传热系统随热流密度的变化图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本实用新型主要由箱体1、冷凝器2、超声换能器3、超声波发生器4、保温层5、热电偶6、温度测量仪7、计算机8、换热件9、观察窗10、电流表11、电压表12、电源13、泄水阀14组成。
箱体1为一尺寸为200mm×200mm×230mm的密闭容器，该箱体1的材质一般没有特殊限定，只要不被所采用的液体工质腐蚀即可，本例为不锈钢制成。箱体1上部装有盘管式冷凝器2并浸入箱体1内的液体工质中，以便对该液体工质进行调温，本实用新型采用的液体工质没有严格的限定，在常温下呈液态并且常压下沸点较低的物质均可，考虑到对箱体及各部件的腐蚀性，一般采用如水、有机溶剂等。为方便更换或排出箱体中的液体工质，在箱体下部安装一泄水阀14。箱体1外面包有保温层5以减少系统的热损失，箱体1前部和后部各有一观察窗10(由φ100mm、厚10mm的双层光学玻璃组成)，用于观察和拍摄换热件9及其附近发生的各种现象。声空化场由安装在箱体上部的超声换能器3产生，换能器3的工作频率为18±0.5kHz，电功率在0～250W内可调。
换热件9水平安装在箱体1中，换热件9轴线距箱体1底部50mm。如图2所示，换热件9采用双层铜管嵌套而成，换热件长152mm，外管9a的外径20mm，内径16mm；内管9b的外径15.5mm，内径12mm。在内管9b的内部装有电加热器15用作为热源。在内管9b外表面分散安装有八个直径1.5mm、深1mm的小槽，八支直径1.0mm的镍铬-镍硅铠装热电偶6d-6k安装于小槽内，由于热电偶与内管9b和外管9a紧密接触，因此热电偶测量的即是内管9b外表面的温度也是外管9a内表面的温度Ti。关于各热电偶的具体安装位置请参阅图2a-图2c所示。
在换热件9外管9a附近液体的不同位置也分散安装有三只热电偶6a-6c，用以测量液体工质的温度变化，热电偶6a-6c的布置如图3所示，图3是图1俯视角度而得。热电偶6a位于距换热件9上表面1mm处，热电偶6b、6c均与换热件9中心轴线处于同一平面。采用温度测量仪记录各点的温度值，该温度值输入计算机8进行储存。
上述热电偶之所以强调为分散安装，其目的是为了准确测量整个系统内各部位的温度变化情况。
测试过程中，将超声换能器3插入箱体1中，超声换能器3的末端插入液体工质内约2cm，先打开电源13并通过变压器调节加热器15两端的电压至所需的值，经电压表12和电流表11测量并记录通过加热器15的电流和其两端的电压，由此可以确定通过换热件9的热流量。然后打开冷凝器2，再开启超声波发生器4，待系统稳定后记录换热件9与液体温度及空化参数等。可分别调节加热器15的功率与超声换能器3产生参数等得到不同工况下的声空化强化传热的数据。
在上述测量的基础上，通过下列计算可以得出换热件外表面与周围流体的平均对流换热系数
α=qT‾wo-T‾f]]>式中，热流密度 IR为通过电加热器的电流，VR为电加热器两端的电压；Tf为液体工质的平均温度；Two为测试管外表面的平均温度；根据实验测量的外管内表面温度Twi先计算出外管外表面的温度Two，然后再计算其平均温度Two。
Two=Twi-IR·VR·ln(do/di)2πlλ,]]>l为测试管的长度，λ为管壁材料的导热系数，di为外管的内径，do为外管的外径。
按照上述方法，采用本实用新型系统得到的平均传热系数α随热流密度q的变化如图4所示。由图可以看出，声空化对传热有显著强化作用。
以上所举例中的具体尺寸、形状、数据以及热电偶的数量、安装位置等是作为一个实施例对本实用新型进行的详细描述，因此本实用新型所保护的范围不受其限制。
权利要求1.一种声空化强化传热系统，其特征在于，包括一箱体，为密封容器，内部盛放液体工质；一冷凝器，浸置于液体工质内；一超声换能器置于箱体内的液体工质，且与一超声波发生器连接；一换热件，水平安装在箱体中间，该换热件为内外双层铜管嵌套而成；内管的内部装设有加热器，该加热器与外部电源相连接；在换热件附近的液体工质中分散放置有若干只热电偶，在换热件内管外表面与外管内表面之间也分散放置有若干只热电偶；各热电偶连接至一温度测量仪。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超声换能器的末端插入液体工质深度为1-2.5cm。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液体工质为常温下呈液体状且常压下沸点较低的液体。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述箱体外包有保温层。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述箱体前部和后部各有一观察窗。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热件内部的加热器与外部电源之间联接一变压器。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度测量仪与一计算机连接。
专利摘要一种声空化强化传热系统，包括一箱体，为密封容器，内部盛放液体工质；一冷凝器，浸置于液体工质内；一超声换能器置于箱体内的液体工质，且与一超声波发生器连接；一换热件，水平安装在箱体中间，该换热件为内外双层铜管嵌套而成；内管的内部装设有加热器，该加热器与外部电源相连接；在换热件附近的液体工质中分散放置有若干只热电偶，在换热件内管外表面与外管内表面之间也分散放置有若干只热电偶；各热电偶连接至一温度测量仪。本实用新型可广泛用于各类热壁面与液体工质间的传热强化及过程观测，与相同条件的传热相比，声空化技术的采用可大幅度提高传热系数。
文档编号F28F13/00GK2769827SQ20042006467
公开日2006年4月5日 申请日期2004年6月3日 优先权日2004年6月3日
发明者淮秀兰, 姜任秋, 孙宝芝, 刘登瀛 申请人:中国科学院工程热物理研究所