用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置。

背景技术：

无论是科学研究还是工业生产，蒸发都是一个常见而重要的过程。以蒸发冷却设备为例，这类设备是许多重要工业过程末端的重要环节，其主要工作原理是靠水的蒸发带走系统中的废热。

开式冷却塔(以下简称开塔)是一种典型的蒸发冷却设备，在开塔中，水蒸发成为水蒸气进入空气中时，空气的温湿度都会发生变化，这种变化将会对水的继续蒸发产生影响，从而影响到整个过程的进行，即水膜的蒸发改变了周围的湿球温度，而湿球温度又直接影响水膜的蒸发。因此，观测并解析水膜的蒸发过程对于改进运用水蒸发原理运行的工业设备和优化这类工业设备的工艺过程有着重要意义。

本实用新型从开塔中抽象出垂直蒸发的模型，开发一种能够产生垂直液膜蒸发的实验装置，并利用激光实时全息干涉方法从微观层面测量、研究垂直液膜蒸发时液膜内的温度场分布以及空气中的温湿度场的分布，进而进行对比分析研究。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于全息干涉研究垂直液膜蒸发的实验装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供一种用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置，安装在全息干涉成像设备的实验平台上并与变频风机、恒温水槽相连接，用于产生垂直液膜蒸发，其特征在于，包括：风道支撑架，包括具有矩形孔的水平支撑板以及用于将该水平支撑板支撑在实验平台上的多个竖直支撑杆，矩形孔的上部与变频风机相连接从而形成出风口；两个风道板，分别与矩形孔的两个长边相对应且上端悬挂在水平支撑板上；两个端板，分别与矩形孔的两个短边相对应且下端固定设置在实验平台上，两个端板和两个风道板所围成的空间形成上端与矩形孔相连通的矩形风道；竖板，安装在矩形风道内的中间位置且与矩形孔的长边相平行从而将矩形风道分成两个子风道，具有相对且与两个子风道相对应的第一侧面以及第二侧面；供液组件，固定设置在竖板的上端且与恒温水槽相连通；以及集液槽，位于矩形风道的正下方且与竖板的下端固定连接，集液槽与两个风道板的下端之间的空间形成分别与两个子风道相连通的两个进风口，其中，端板为由透明的光学玻璃材料制成的平板，竖板为由导热硬质刚性材料制成的平板，从供液组件被输出的液体在第一侧面上形成垂直液膜，该垂直液膜在与第一侧面对应的子风道的空气中蒸发从而在垂直液膜内形成温度场分布并在垂直液膜外的空气中形成第一温湿度场分布，同时垂直液膜通过竖板的导热在与第二侧面对应的子风道内的空气中形成第二温湿度场分布。

本实用新型提供的用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置，还可以具有这样的特征：其中，竖板的宽度与矩形孔的长边的尺寸相等，第一侧面上设置有两条从上到下贯通的限流槽，并且第一侧面位于两个限流槽之间的部分上覆有亲液材料层，限流槽与对应的竖板的竖边的距离为5-10mm，限流槽的尺寸为宽1-2mm、深 1-1.5mm。

本实用新型提供的用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置，还可以具有这样的特征：其中，供液组件包括：导风罩，底部具有与竖板的尺寸相匹配的条形孔；储液槽，设置在导风罩内；布液管，设置在储液槽内，管壁具有多个出液孔；以及两个进液管，分别与布液管的两端相连通，进液管的另一端向上穿过矩形孔后从出风口的侧部伸出并与恒温水槽的出水口相连通，竖板的上端穿过条形孔，并且第二侧面与储液槽的侧壁以及条形孔的一个侧边相贴合，条形孔位于该条形孔的另一个侧边与第一侧面之间的空间形成出液口，出液口沿矩形孔的长边方向的尺寸不大于两个限流槽之间的距离，沿矩形孔的短边方向的尺寸为3-5mm。

本实用新型提供的用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置，还可以具有这样的特征：其中，风道板包括自上而下依次相连接的水平法兰边、上竖直段、倾斜段、下竖直段以及圆弧段，水平法兰边用于活动安装在水平支撑板的底部，具有用于螺栓穿过的条状安装孔，上竖直段用于容纳供液组件，高度为供液组件的高度的1.8-2.2 倍，倾斜段朝向上竖直段的内侧倾斜，与上竖直段之间的夹角为 140-150°，下竖直段用于形成垂直液膜蒸发区，高度为全息干涉成像设备的测量用光束的直径的1.5-2倍，圆弧段用于与集液槽形成进风口，半径为8-12cm。

本实用新型提供的用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置，还可以具有这样的特征：其中，集液槽包括：法兰底板，用于固定安装在实验平台上；两个竖直侧板，平行设置在法兰底板上；两个倾斜顶板，呈等腰三角形状设置且下端分别与两个竖直侧板的上端相连接；以及两个竖直端板，分别设置在竖直侧板的两端，两个倾斜顶板的上端相互分离从而形成接液孔，竖板的下端从接液孔插入到集液槽内并与法兰底板以及两个竖直端板密封连接，竖直端板的顶端高于倾斜顶板的上端3-8mm。

本实用新型提供的用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置，还可以具有这样的特征：其中，风道板的竖边与对应的端板的内侧面之间具有第一缝隙，竖板的竖边与对应的端板的内侧面之间具有第二缝隙，端板的顶边与水平支撑板的下侧面之间具有第三缝隙，第一缝隙、第二缝隙以及第三缝隙处分别设置有用于密封的塑料透明胶带，位于第一缝隙处的塑料透明胶带的一侧粘贴在风道板的侧边，另一侧与端板的内侧面相接触，从而对第一缝隙进行封闭，位于第二缝隙处的塑料透明胶带的一侧粘贴在竖板的侧边，另一侧与端板的内侧面相接触，从而对第二缝隙进行封闭，位于第三缝隙处的塑料透明胶带的一侧粘贴在端板的顶边上，另一侧与水平支撑板的下侧面相接触，从而对第三缝隙进行封闭。

本实用新型提供的用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置，还可以具有这样的特征：还包括：温度扫描片，用于检测风道中空气沿竖直方向的温度场分布，其中，温度扫描片具有由硬质材料制成的薄片以及多个热电偶，该多个热电偶从上到下依次固定在薄片上，且多个热电偶的感温端都位于预定的竖线上，该竖线距离薄片的竖向边缘外侧2～4mm，风道板的下竖直段上开设有窄长的竖直槽孔，该竖直槽孔的高度大于或等于测量用光束的直径，竖直槽孔的宽度为 3-5mm，风道板的下竖直段位于竖直槽孔的部分的外侧面上粘贴有软性密封条，该软性密封条上设置有与竖直槽孔相匹配的竖直开口，温度扫描片插设在竖直开口内，并且能够垂直于竖板进行水平移动，使得多个热电偶的感温端能够沿水平方向扫描对应的子风道内的空气温度。

实用新型作用与效果

根据本实用新型所涉及的用于全息干涉研究垂直液膜蒸发的实验装置，因为具有两个风道板、两个端板、竖板以及供液组件，两个端板和两个风道板所围成的空间形成上端与矩形孔相连通的矩形风道，竖板安装在矩形风道内将矩形风道分成两个子风道并具有相对且与两个子风道相对应的第一侧面以及第二侧面，供液组件固定设置在竖板的上端，端板为由透明的光学玻璃材料制成的平板，竖板为由导热硬质刚性材料制成的平板，所以，从供液组件被输出的液体能够在第一侧面上形成垂直液膜，该垂直液膜在与第一侧面对应的子风道的空气中蒸发从而在垂直液膜内形成温度场分布并在垂直液膜外的空气中形成第一温湿度场分布，同时垂直液膜通过竖板的导热在与第二侧面对应的子风道内的空气中形成第二温湿度场分布；

而且，采用在两个不同波长下记录干涉条纹并按照双波长全息干涉原理对干涉条纹进行反演得到相应的第一温湿度场分布以及第二温湿度场分布，能够从微观层面测量、研究垂直液膜蒸发中温度场和湿度场的分布，进而对比分析温湿度场在蒸发过程中的变化及相互影响规律，从而对于改进蒸发冷却设备和优化蒸发冷却设备的运行工艺具有重要意义。

附图说明

图1是本实用新型的实施例中用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置的横截面结构示意图；以及

图2是本实用新型的实施例中风道板、竖板以及端板的横截面结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

<实施例一>

图1是本实用新型的实施例中用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置的横截面结构示意图。

如图1所示，本实施例中的用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置100，安装在全息干涉成像设备的实验平台(图中未示出) 上并与变频风机(图中未示出)、恒温水槽(图中未示出)相连接，用于产生垂直液膜蒸发。该实验装置100包括风道支撑架10、两个风道板20、两个端板30、竖板40、供液组件50以及集水槽60。

如图1所示，风道支撑架10包括水平支撑板11以及四个竖直支撑杆12。

水平支撑板11为矩形平板，水平设置在实验平台的上方。水平支撑板11的中央位置设置有矩形孔11a，该矩形孔11a的上部与变频风机相连接从而形成出风口101。

四个竖直支撑杆12分别竖直设置在水平支撑板11的四个角落，用于将水平支撑板11支撑在实验平台上。竖直支撑杆12的上、下两端分别与水平支撑板11和实验平台固定连接。

如图1所示，两个风道板20分别与矩形孔11a的两个长边(即垂直于图1纸面的边)相对应，并且上端悬挂在水平支撑板11上。该风道板20包括自上而下依次相连接的水平法兰边21、上竖直段22、倾斜段23、下竖直段24以及圆弧段25。

水平法兰边21活动安装在水平支撑板11的底部，具有用于螺栓穿过的条状安装孔(图中未示出)。

所有风道板20的两个上竖直段22之间以及两个倾斜段23之间的空间用于容纳供液组件50。

上竖直段22的上端与相对应的水平法兰21相连接，本实施例中，上竖直段22的高度为供液组件50的高度的1.8-2.2倍。

倾斜段23的上端与相对应的上竖直段22相连接，下端朝向上竖直段22的内侧(即朝向相对的风道板20的方向)倾斜。在本实施例中，倾斜段23与上竖直段22之间的夹角为140-150°。

下竖直段24用于形成垂直液膜蒸发区，本实施例中，下竖直段 24的高度为全息干涉成像设备的测量用光束的直径的1.5-2倍。测量用物光一般为直径50～300mm的平行光束。

圆弧段25用于与集液槽60形成进风口102，本实施例中，圆弧段25的半径为8-12cm。

如图1所示，两个端板30分别与矩形孔11a的两个短边(即平行于图1纸面的边)相对应，并且下端固定设置在实验平台上，两个端板30和两个风道板20所围成的空间形成上端与矩形孔11a相连通的矩形风道103。

在本实施例中，端板30为由透明的光学玻璃材料制成的平板，能够很好地满足全息干涉成像设备工作时测量用光束穿过的要求。

图2是本实用新型的实施例中风道板、竖板以及端板的横截面结构示意图。

如图1和图2所示，竖板40为由导热硬质刚性材料制成的矩形平板，安装在矩形风道103内的中间位置，并且与矩形风道103的长边相平行，从而将矩形风道103分成两个子风道103a。本实施例中，竖板40为铜板，该铜板的宽度与矩形风道103的长边的尺寸相等。

竖板40具有相对且与两个子风道103a分别相对应的第一侧面 41以及第二侧面42。第一侧面41上设置有两条从上到下贯通的限流槽43，该限流槽43与对应的竖板40的竖边的距离为5-10mm，限流槽的尺寸为宽1-2mm、深1-1.5mm。在本实施例中，第一侧面41位于两个限流槽43之间的部分上还覆有亲液材料层(图中未示出)，从而使得液体在第一侧面41上能够顺利地形成液膜。

从供液组件50被输出的液体在第一侧面41上形成垂直液膜，该垂直液膜在与第一侧面41对应的子风道103a的空气中蒸发从而在垂直液膜内形成温度场分布并在垂直液膜外的空气中形成第一温湿度场分布，同时垂直液膜通过竖板40的导热在与第二侧面42对应的子风道103a内的空气中形成第二温湿度场分布。

如图2所示，风道板20的竖边与对应的端板30的内侧面之间具有第一缝隙20a，该第一缝隙20a处设置有用于密封的塑料透明胶带 20b；塑料透明胶带20b的一侧粘贴在对应的风道板20的侧边上，另一侧与对应的端板30的内侧面相接触，从而对第一缝隙20a进行封闭。

竖板40的竖边与对应的端板30的内侧面之间具有第二缝隙40a，该第二缝隙40a处设置有用于密封的塑料透明胶带40b；塑料透明胶带40b的一侧粘贴在竖板40的侧边上，另一侧与对应的端板30的内侧面相接触，从而对第二缝隙40a进行封闭。本实施例中，竖板40 位于第二侧面42的侧边设置有用于容纳塑料透明胶带40b的凹部 40c。

端板30的顶边与水平支撑板10的下侧面之间具有第三缝隙(图中未示出)，该第三缝隙处设置有用于密封的塑料透明胶带(图中未示出)；塑料透明胶带的一侧粘贴在对应的端板30的顶边上，另一侧与对应水平支撑板11的下侧面相接触，从而对第三缝隙进行封闭。

如图1所示，供液组件50固定设置在竖板40的上端，并且与恒温水槽相连通。该供液组件50包括导风罩51、储液槽52、布液管 53以及两个进液管54。

导风罩51的横截面呈跑道形，底部具有与竖板40的尺寸相匹配的条形孔(图中未示出)。

储液槽52设置在导风罩51内。竖板40的上端穿过导风罩51的条形孔，并且第二侧面42与储液槽52的侧壁以及条形孔的一个侧边相贴合，条形孔位于该条形孔的另一个侧边与第一侧面41之间的空间形成出液口51a。出液口51a沿矩形孔11a的长边方向的尺寸不大于两个限流槽43之间的距离，沿矩形孔11a的短边方向的尺寸为 3-5mm。

布液管53设置在储液槽52内，管壁具有多个出液孔(图中未示出)。

两个进液管54分别与布液管53的两端相连通，进液管54的另一端向上穿过矩形孔11a后从出风口101的侧部伸出并与恒温水槽的出水口相连通。

如图1所示，集液槽60位于矩形风道103的正下方，并且与竖板40的下端固定连接。集液槽60与两个风道板20的下端的圆弧段25之间的空间形成分别与两个子风道103a相连通的两个进风口102。该集液槽60包括法兰底板61、两个竖直侧板62、两个倾斜顶板63 以及两个竖直端板64。

法兰底板61用于固定安装在实验平台上。

两个竖直侧板62平行设置在法兰底板61上。

两个倾斜顶板63呈等腰三角形状设置，并且下端分别与两个竖直侧板62的上端相连接。两个倾斜顶板63的上端相互分离从而形成接液孔60a，竖板40的下端从接液孔60a插入到集液槽60内并与法兰底板61以及两个竖直端板64密封连接。

两个竖直端板64分别设置在竖直侧板62的两端。在本实施例中，竖直端板64的顶端高于倾斜顶板63的上端3-8mm。

本实施例中的采用全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验方法，使用如图1所示的用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置 100，实验在恒温和恒低湿度的环境(温度：20±5℃、湿度：45～65％) 中进行。该实验方法包括以下操作：

操作一，将实验装置100于全息干涉成像设备的物光光路中，并使端板30与物光光路的光轴垂直；

操作二，在不通液的条件下，用双波长同时记录一张全息图，并进行预硬化、显影、定影、漂白处理；

操作三，调节恒温水槽内液体的温度及流量并调节变频风机的风量，得到实验所需的稳定工况；

操作四，在两个不同波长下分别通过高速摄影机记录在全息干涉显示屏上显示的干涉条纹；

操作五，按照双波长全息干涉原理对干涉条纹进行反演，得到相应的第一温湿度场分布以及第二温湿度场分布，进而对比分析两个子风道内的空气的温湿度场的差别。

<变形例>

本变形例为实施例一的变形。以下说明中，对于和实施例一相同的结构，给予相同的符号并省略相同的说明。

与实施例一相比，本变形例的区别在于：实验时对竖板40的第二侧面42上进行绝热处理并封闭与第二侧面42对应的进风口102，仅检测垂直液膜内的温度场分布以及与第一侧面41对应的子风道 103a内空气中的第一温度场分布。

本变形例中的采用全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验方法，使用如图1所示的用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置 100，实验在恒温和恒低湿度的环境(温度：20±5℃、湿度：45～65％) 中进行，包括以下操作：

操作一，将实验装100置于全息干涉成像设备的物光光路中，并使端板40与物光光路的光轴垂直；

操作二，在竖板40的第二侧面42上进行绝热处理，并封闭与第二侧面42对应的进风口102；

操作三，在不通液的条件下，用双波长同时记录一张全息图，并进行预硬化、显影、定影、漂白处理；

操作四，调节恒温水槽内液体的温度及流量并调节变频风机的风量，得到实验所需的稳定工况；

操作五，在两个不同波长下分别通过高速摄影机记录在全息干涉显示屏上显示的干涉条纹；

操作六，按照双波长全息干涉原理对干涉条纹进行反演，得到第一侧面41的子风道103a内相应的第一温湿度场分布。

<实施例二>

以下说明中，对于和实施例一以及变形例相同的结构，给予相同的符号并省略相同的说明。

与实施例一以及变形例相比，本实施例的区别在于：风道板20 上还设置有温度扫描片(图中未示出)。

温度扫描片用于检测风道103中空气沿垂直方向的温度场分布，具有由硬质材料制成的薄片以及多个沿直线间隔排列设置在该薄片上的热电偶。多个热电偶从上到下依次固定在薄片上，且多个热电偶的感温端都位于预定的竖线上，该竖线距离薄片的竖向边缘外侧 2～4mm，

风道板20的下竖直段24上开设有窄长的竖直槽孔，该竖直槽孔的高度大于或等于测量用光束的直径，竖直槽孔的宽度为3-5mm。下竖直段24位于竖直槽孔的部分的外侧面上粘贴有软性密封条，该软性密封条上设置有与竖直槽孔相匹配的竖直开口，温度扫描片插设在该竖直开口内，并且能够垂直于竖板30进行水平移动，使得多个热电偶的感温端能够沿水平方向扫描对应的子风道103a内的空气温度。

本实施例中的采用全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验方法，使用上述具有温度扫描片的用于全息干涉研究液体垂直液膜蒸发的实验装置100，实验在恒温和恒低湿度的环境(温度：20±5℃、湿度：45～65％)中进行，包括以下操作：

操作一，将实验装100置于全息干涉成像设备的物光光路中，并使端板30与物光光路的光轴垂直；

操作二，在不通液和不插入温度扫描片的条件下，用单波长激光记录一张全息图；

操作三，调节恒温水槽内液体的温度及流量并调节变频风机的风量，得到实验所需的稳定工况；

操作四，利用温度扫描片测得与第一侧面41对应的子风道103a 的空气中的第一温度场分布和/或与第二侧面42对应的子风道103a 内的空气中的第二温度场分布；

操作五，在单波长下通过高速摄影机记录在全息干涉显示屏上显示的干涉条纹；

操作六，按照全息干涉原理并结合温度扫描片获得的第一温度场分布和/或第二温度场分布对干涉条纹进行反演，得到相应的与第一侧面41对应的子风道103a的空气中的第一湿度场分布和/或与第二侧面42对应的子风道103a内的空气中的第二湿度场分布。

<实施例三>

实施例一和实施例二以及变形例，都是通过全息照相在全息干板上获得全息图后，进行实时全息干涉，并用高速摄影记录各时刻的全息干涉图。

本实施例的区别在于：采用数字全息干涉仪，直接通过CCD记录各时刻的双曝光数字全息干涉图。

实施例的作用与效果

根据实施例一、实施例二、实施例三以及变形例所涉及的用于全息干涉研究垂直液膜蒸发的实验装置，因为具有两个风道板、两个端板、竖板以及供液组件，两个端板和两个风道板所围成的空间形成上端与矩形孔相连通的矩形风道，竖板安装在矩形风道内将矩形风道分成两个子风道并具有相对且与两个子风道相对应的第一侧面以及第二侧面，供液组件固定设置在竖板的上端，端板为由透明的光学玻璃材料制成的平板，竖板为由导热硬质刚性材料制成的平板，所以，从供液组件被输出的液体能够在第一侧面上形成垂直液膜，该垂直液膜在与第一侧面对应的子风道的空气中蒸发从而在垂直液膜内形成温度场分布并在垂直液膜外的空气中形成第一温湿度场分布，同时垂直液膜通过竖板的导热在与第二侧面对应的子风道内的空气中形成第二温湿度场分布；

而且，采用在两个不同波长下记录干涉条纹并按照双波长全息干涉原理对干涉条纹进行反演得到相应的第一温湿度场分布以及第二温湿度场分布，能够从微观层面测量、研究垂直液膜蒸发中温度场和湿度场的分布，进而对比分析温湿度场在蒸发过程中的变化及相互影响规律，从而对于改进蒸发冷却设备和优化蒸发冷却设备的运行工艺具有重要意义。

本领域技术人员应当理解，上述实施例为本实用新型的优选案例，是为了本领域的技术人员可以理解本实用新型所要表达的意图，而不是限定本实用新型的保护范围。