一种用于研究对流与辐射综合换热的实验装置的制作方法

本实用新型涉及实验装置领域，具体而言，涉及一种用于研究对流与辐射综合换热的实验装置。

背景技术：

换热装置在工业和生活中使用广泛，换热的方式主要有对流换热和辐射换热。目前，没有一种简单有效的实验装置能够测量对流换热和辐射换热的相关参数，导致无法进行换热机理的研究，制约了技术人员对换热装置的进一步改良优化。

鉴于此，发明人提出了本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种用于研究对流与辐射综合换热的实验装置，旨在提供一种能够有效测量对流与辐射综合换热的换热参数的实验装置。

本实用新型是这样实现的：

一种用于研究对流与辐射综合换热的实验装置，包括：

基座，作为装置的支承部位。

风机，风机固定于基座上，风机的出风口的气流流量可调。

气流管道，气流管道的一端与风机的出风口连接，管道内可以通过气流。

加热棒，设于气流管道上，作为热源对气流管道中的气流传热。

第一测温元件，设于气流管道上，用于测量气流管道的流入气流的温度。

测速元件，设于气流管道上，用于测量管道内气流的速度。

第二测温元件，设于加热棒上，用于测量加热棒的表面温度。

电测元件，与加热棒连接，用于测量加热棒的工作电压和工作电流。

进一步地，第一测温元件设置于气流管道上靠近风机出风口的位置。

测速元件设置于所述气流管道长度的中部位置。

加热棒设置于气流管道的顶部位置。

进一步地，加热棒可绕棒体的轴线旋转。

进一步地，加热棒的棒体材料为SUS310无缝钢，棒体表面涂有高发射率耐热涂层。

进一步地，加热棒的直径为10mm，有效加热长度为90mm。安装后加热棒的端面不接触气流管道的管壁。

进一步地，测速元件的检测端伸入气流管道的内侧，伸入长度为气流管道直径的1/3-1/2。

第一测温元件的检测端伸入气流管道的内侧，伸入长度为气流管道直径的1/5-1/4。

进一步地，第二测温元件的检测端位于加热棒棒体长度的中部位置，距离加热棒的棒体外表面0.5-1mm。

进一步地，气流管道与所述风机连接处设有滤网和密封圈。

通过采用本实用新型，可以利用各检测器有效测量换热时的重要参数，并且通过分析这些参数以及现有的计算公式得到对流换热和辐射换热的换热系数，从而通过各参数和换热装置结构的调整对换热装置进行改进。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是实施例在第一视角下的结构示意图；

图2是实施例中加热棒在第二视角下的截面示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种用于研究对流与辐射综合换热的实验装置，包括基座1，风机2，气流管道3，加热棒4，第一测温元件5，测速元件6，第二测温元件7以及电测元件8。其中基座1是本装置的支承部位，所述风机2固定于所述基座1上，风机2的出风流量可调，所述气流管道3的一端与所述风机2的出风口连接，本实施例中风机2可以在所述气流管道3中产生自下而上的气流，通过风机2的开启和关闭分别模拟强制对流和自然对流，通过调节出风流量的大小可以调节强制对流的流速。

加热棒4设于所述气流管道3上，作为热源对所述气流管道3中的气流传热，是辐射换热和对流换热中都需要使用的部件。同时，作为观测的手段，需要采用检测仪器测量换热过程中的参数，这些参数可以是气流温度、加热棒温度和气流速度等。

本实施例中将第一测温元件5设于所述气流管道3上，用于测量所述气流管道3的流入气流的温度。测速元件6设于所述气流管道3上，用于测量所述管道内气流的速度。第二测温元件7设于所述加热棒4上，用于测量所述加热棒4的表面温度。电测元件8与所述加热棒4连接，用于测量所述加热棒4的工作电压和工作电流。

第一测温元件5可以是K型热电偶，测速元件6可以是风速仪，第二测温元件7可以是K型热电偶，电测元件8可以是测控仪，可以理解，其他能够实现测温，测速以及电压电流测量的元件或仪器也可以作为本实用新型的选择。其中本实施例中测控仪不仅能够测量加热棒4的工作电压和工作电流，通过与风机2连接，测控仪还可以控制风机2气流流量，通过与第一测温元件5和第二测温元件7连接，测控仪还可以显示各自的测量值，便于实验数据的记录和分析。

通过采用上述装置，可以利用各检测器有效测量换热时的重要参数，并且通过分析这些参数以及现有的计算公式得到对流换热和辐射换热的换热系数。

具体的可以通过电测元件8得到的加热棒4的工作电压和工作电流计算出加热棒4的实际能耗功率，然后结合测速元件6测量得到的气流速度以及第一测温元件5、第二测温元件7测量得到的几组温度数据计算出对流换热系数和辐射换热系数等值，从而技术人员可以通过各参数和换热装置结构的调整对换热装置进行改进。

本实施例中所述第一测温元件5设置于所述气流管道3上靠近所述风机2出风口的位置，使第一测温元件5测量气流刚刚进入气流管道2时的初始温度，这样设置测得的温度比较合理。

所述测速元件6设置于所述气流管道3长度的中部位置，由于气流经过进风口后，于气流管道2中基本趋于稳定，可以使风速的测量更加精确。

本实施例中还在气流管道与所述风机连接处设有滤网和密封圈。密封圈可以使连接处的气流不会泄漏，防止气流管道2中的实际气流流量变小。而滤网可以对进入气流管道2的气流进行整流，使气流进一步稳定，便于风速的精准测量。

所述加热棒4设置于所述气流管道3的顶部位置，加热棒4的位置设置在第一测温元件5和测速元件6的上面，可以避免加热棒4对气流的传热影响到来流温度和风速，造成测量不准确。

所述加热棒4的棒体材料为SUS310无缝钢，所述棒体表面涂有高发射率耐热涂层。可以理解其他耐热性和导热性良好的材料也可以作为加热棒4的原材料，本实施例中经过多种材料的性能比较选择了最优的SUS310无缝钢。

所述加热棒4的直径为10mm，有效加热长度为90mm，呈细长形。加热棒4的长度设置是为了使伸入气流管道2的棒体能够充分与气流接触，保证传热的充分进行。而过小的直径会造成加热棒4的长径比太大，影响其刚性和连接的稳固性，过大的直径则会阻挡气流，使气流的流动变得滞缓，因此本实施例中对应加热棒4的长度选择了直径的尺寸。

安装后所述加热棒4的端面不接触所述气流管道3的管壁，这样可以减少加热棒4传导至气流管道2上的热量，从而使加热棒4与气流的换热更加充分，使测量数据更加准确。

测速元件6和第一测温元件5的测量段都呈棒状，以便于安装。并且所述测速元件6的检测端伸入所述气流管道3的内侧，伸入长度为所述气流管道3直径的1/3-1/2。采用该结构可以使测速元件6的测量端位于管道中气流的中心部分，由于气流中心部分的流速都相对边缘均匀，可以使测量的结果更加精确。

所述第一测温元件5的检测端伸入所述气流管道3的内侧，伸入长度为所述气流管道3直径的1/5-1/4。这样可以避免测温部分伸入过长而扰动气流，可以使之后的气流速度测量更加稳定。

如图2所示，所述第二测温元件7的检测端位于所述加热棒4棒体长度的中部位置，距离所述加热棒4的棒体外表面0.5-1mm。由于第二测温元件7的检测端直接露出加热棒4的表面容易出现检测端与加热棒4表面接触不完全的情况，从而影响温度测量的精确度，采用上述结构设置，可以保证测量结果的准确性。同时根据加热棒4的长度可以看出第二测温元件7的检测端也位于管道中气流的中心位置，保证了测量结果的精确度。

本实施例中所述加热棒4可绕棒体的轴线旋转，这样在进行换热情况测量时可以通过旋转加热棒4来调整第二测温元件7的检测端相对于气流的方向，可以模拟换热时加热棒4的棒体周向上不同位置的实际温度，作为局部换热情况的参数反馈。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。