一種可視化低擾動沸騰實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，屬于沸騰換熱領域。本實用新型的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，包括高速攝像機和加熱裝置，所述的加熱裝置包括支架、水浴容器和加熱絲調節機構，所述水浴容器和加熱絲調節機構均設置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加熱容器和內部實驗容器組成，外部加熱容器通過水浴對內部實驗容器進行加熱，所述加熱絲調節機構中的加熱絲放置于內部實驗容器中進行實驗。本方案利用半水浴加熱，內部實驗容器內水溫緩慢上升且溫度分布均勻，排除了由于水中沸騰擾動對加熱絲上形成氣泡的影響，并能升降電熱絲，適于使用調節。
【專利說明】
一種可視化低擾動沸騰實驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及沸騰換熱技術領域，更具體地說，涉及一種可視化低擾動沸騰實驗裝置。
【背景技術】
[0002]沸騰傳熱熱量從壁面傳給液體，使液體沸騰汽化的對流傳熱過程。沸騰傳熱與氣泡的產生和脫離密切相關，氣泡形成的條件是:①液體必須過熱;②要有汽化核心。這些條件是由氣泡與周圍液體的力平衡和熱平衡所決定的。沸騰作為一種高效的具有相變的換熱方式廣泛存在于各種換熱設備中，如鍋爐爐膛的水冷壁，微電子的冷卻器等，由于氣泡行為的復雜特性，對其研究尚不充分，因而在很大程度上限制了其應用。
[0003]影響沸騰傳熱過程的因素很多，包括液體和蒸氣的性質、加熱面的表面物理性質和粗糙程度，尤其重要的是液體對表面的潤濕性以及操作壓力和溫度差。在泡核沸騰范圍內，溫度差越大，傳熱分系數也越大。加熱壁面粗糙和能被液體潤濕時，也能使傳熱分系數增大。據此，將細小金屬顆粒沉積于金屬板或管上，制成金屬多孔表面，可使沸騰傳熱分系數提高十幾倍至幾十倍。而通過對氣泡的研究，能夠分析出加熱方式、液體擾動性對于沸騰傳熱的影響，有助于加快沸騰傳熱技術的發展。
[0004]進過檢索，發現現有技術中已有相關的技術方案公開，如中國專利申請號:201210199702.8，申請日:2012年6月18日，發明創造名稱為:流動沸騰換熱機理實驗裝置及方法，該申請案公開了一種流動沸騰換熱機理實驗裝置及方法，包括蠕動栗、轉子流量計、恒溫水浴、實驗段、出口實驗段、高速攝像儀、超聲波顆粒檢測裝置、硅橡膠電加熱片、冷凝器、水箱、數據采集系統及計算機，蠕動栗依次通過轉子流量計和恒溫水浴與實驗段進水口連接，實驗段出水口依次通過出口實驗段、冷凝器和水箱連接蠕動栗進水口，實驗段的硅橡膠電加熱片連接功率表和調壓器，對應實驗段處分別設有與數據采集系統及計算機連接的高速攝像儀，出口實驗段上安裝超聲波顆粒檢測裝置。
[0005]上述申請案重在研究窄通道沸騰換熱機理，而沒有給出如何控制加熱方式來觀測氣泡的產生的信息，不能有效的控制加熱過程中的溫差，還需進一步改進。
【實用新型內容】
[0006]1.實用新型要解決的技術問題
[0007]本實用新型的目的在于克服現有技術中不便于觀測沸騰流體中氣泡的產生和生長的不足，提供了一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，本方案采用半水浴加熱，擾動小，不影響氣泡生長;并能升降電熱絲，適于使用調節。
[0008]2.技術方案
[0009]為達到上述目的，本實用新型提供的技術方案為:
[0010]本實用新型的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，包括高速攝像機和加熱裝置，所述的加熱裝置包括支架、水浴容器和加熱絲調節機構，所述水浴容器和加熱絲調節機構均設置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加熱容器和內部實驗容器組成，外部加熱容器通過水浴對內部實驗容器進行加熱，所述加熱絲調節機構中的加熱絲放置于內部實驗容器中進行實驗。
[0011]作為本實用新型更進一步的改進，所述支架底部設置有支撐板，在支撐板上表面設置有底座，所述外部加熱容器設置在底座上，通過底座上的加熱元件對外部加熱容器內的水加熱。
[0012]作為本實用新型更進一步的改進，所述加熱元件為500W鎳絡加熱絲。
[0013]作為本實用新型更進一步的改進，所述的外部加熱容器和內部實驗容器均由PC材料制成。
[0014]作為本實用新型更進一步的改進，所述的加熱絲調節機構還包括豎直調節機構和水平調節機構，豎直調節機構用于調節加熱絲上下運動，水平調節機構用于調節加熱絲水平移動。
[0015]作為本實用新型更進一步的改進，所述的豎直調節機構主要由兩根升降桿組成，所述加熱絲設置在升降桿的底部，通過升降桿調整加熱絲高度;所述水平調節機構包括固定桿，該固定桿與支架的連接橫桿滑動連接，升降桿上端與固定桿相連，則通過移動固定桿控制升降桿同步移動。
[0016]作為本實用新型更進一步的改進，所述升降桿底端設置有固定座，加熱絲通過橡皮套固定在固定座上。
[0017]作為本實用新型更進一步的改進，所述升降桿為中空結構，與加熱絲相連的電線從升降桿內部穿過連接至電源。
[0018]作為本實用新型更進一步的改進，所述加熱絲通過電線電連接有萬用表。
[0019]作為本實用新型更進一步的改進，所述底座為木質材料，支撐板和支架均為不銹鋼材質。
[0020]3.有益效果
[0021]采用本實用新型提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果:
[0022](I)本實用新型的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，設置有外部加熱容器和內部實驗容器，通過外部加熱容器對內部實驗容器進行加熱，即將內部實驗容器放置在外部加熱容器中，一半在水中，一半在空氣中，利用內部實驗容器下部的水加熱內部實驗容器，內部實驗容器內水溫緩慢上升且溫度分布均勻，排除了由于水中沸騰擾動對加熱絲上形成氣泡的影響，便于做各種過冷度工況下的實驗；
[0023](2)本實用新型的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，加熱絲調節機構包括豎直調節機構和水平調節機構，豎直調節機構中的升降桿能夠調整高度，水平調節機構中的固定桿與連接橫桿滑動連接，則既可以水平調節加熱絲位置，又能夠調節加熱絲高度，方便實驗調整，獲得較好的實驗位置，便于觀察；
[0024](3)本實用新型的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，加熱絲通過橡皮套固定在固定座上，保證加熱絲的水平性和張弛性;所設置的萬用表可記錄加熱絲兩端的電壓、電流，方便計算出加熱絲上熱流密度，能夠進一步確保分析氣泡行為的準確性，結構設計合理，原理簡單，便于推廣使用。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型的可視化低擾動沸騰實驗裝置的結構示意圖；
[0026]圖2為本實用新型中水浴容器的結構示意圖；
[0027]圖3為本實用新型中加熱絲與升降桿的連接結構示意圖；
[0028]圖4為本實用新型中支撐板與底座的位置結構示意圖。
[0029]示意圖中的標號說明:1、高速攝像機;2、縱向支架;3、連接橫桿;4、升降桿;5、固定桿;6、固定座;7、加熱絲;8、支撐板;9、外部加熱容器;10、內部實驗容器;11、底座。
【具體實施方式】
[0030]為進一步了解本實用新型的內容，結合附圖和實施例對本實用新型作詳細描述。
[0031]實施例1
[0032]結合圖1，本實施例的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，外部框架總共分為兩層，該框架由支架構成，支架包括縱向支架2和連接橫桿3，連接橫桿3固定在縱向支架2的上端，支架2下部用于固定加熱裝置，并可通過設置的高速攝像機I觀測加熱裝置中氣泡的產生及變化，進行實驗分析。
[0033]本實施例中的加熱裝置包括支架、水浴容器和加熱絲調節機構，水浴容器和加熱絲調節機構均設置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加熱容器9和內部實驗容器10組成，如圖2所示，內部實驗容器10位于外部加熱容器9內，并在外部加熱容器9中加入水，外部加熱容器9通過水浴對內部實驗容器10進行加熱，加熱絲調節機構中的加熱絲7放置于內部實驗容器10中進行實驗。
[0034]為了能夠通過高速攝像機I進行觀測，外部加熱容器9和內部實驗容器10均為透明材質材料，本實施例中選為用PC材料。PC材料強度較好，可耐150°C溫度，透明度很高，可滿足觀察和拍照需要。
[0035]由于是采用了兩個容器來進行加熱，形成半水浴加熱，即將內部實驗容器10放置在外部加熱容器9中，一半在水中，一半在空氣中，利用內部實驗容器10下部的水加熱內部實驗容器10，內部實驗容器10內水溫緩慢上升且溫度分布均勻，排除了由于水中沸騰擾動對加熱絲7上形成氣泡的影響，便于做各種過冷度工況下的實驗。
[0036]進一步地，支架底部設置有支撐板8，在支撐板8上表面設置有底座11，如圖4所示，所述外部加熱容器9設置在底座11上，通過底座11上的加熱元件對外部加熱容器9內的水加熱。為了具有較好的加熱效果，加熱元件為500W鎳鉻加熱絲。支撐板8采用不銹鋼材質，具有較好的結構強度;底座11為木質材料，可減少外部加熱容器9熱量的散失。
[0037]實施例2
[0038]本實施例的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其基本結構與實施例1相同，其不同之處在于:本實施例中的加熱絲調節機構還包括豎直調節機構和水平調節機構，豎直調節機構用于調節加熱絲7上下運動，水平調節機構用于調節加熱絲7水平移動。
[0039]更為具體地，豎直調節機構主要由兩根升降桿4組成，所述加熱絲7設置在升降桿4的底部，通過升降桿4調整加熱絲7高度。水平調節機構包括固定桿5，該固定桿5與支架的連接橫桿3滑動連接，升降桿4上端與固定桿5相連，則通過移動固定桿5控制升降桿4同步移動。
[0040]固定桿5的主要作用在于水平調節升降桿4，本實施例中在連接橫桿3的上下側設置有兩根固定桿5，以此實現滑動，該結構還可為其他滑動連接形式，例如開設滑動槽、設置軌道等，沒有特別限制。
[0041]通過所設置的豎直調節機構和水平調節機構，既可以水平調節加熱絲7位置，又能夠調節加熱絲7高度，方便實驗調整，獲得較好的實驗位置，便于觀察。
[0042]實施例3
[0043]結合圖3，本實施例的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其基本結構與實施例2相同，其不同之處在于:本實施例中升降桿4底端設置有固定座6，加熱絲7通過橡皮套固定在固定座6上，保證加熱絲的水平性和張弛性。
[0044]實施例4
[0045]本實施例的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其基本結構與實施例3相同，其不同之處在于:本實施例中的升降桿4為中空結構，與加熱絲7相連的電線從升降桿4內部穿過，并連接至電源，可保護電線不被損壞。加熱絲7通過電線電連接有萬用表，通過萬用表可記錄加熱絲兩端的電壓、電流，方便計算出加熱絲上熱流密度，能夠進一步確保分析氣泡行為的準確性。
[0046]對于本實用新型的方案，其具體操作過程如下:
[0047](I)將外部加熱容器加自來水，內部實驗容器加適量蒸餾水，加至3.5L刻度線上，然后接通加熱絲插頭。
[0048](2)內部實驗容器內水溫緩慢上升，達到所需要溫度時可進行實驗。若需要更高的溫度，則須外部水沸騰后持續加熱，最好使用斷續式加熱(當內外水溫差超過20度時，可先斷電，等待溫度接近時繼續通電，這樣可減少外部水的蒸發，且更省電)，實驗容器前期需加個蓋子，減少蒸餾水的蒸發速度，直至實驗容器內水溫達到所需溫度。
[0049](3)調節豎直調節機構和水平調節機構，將加熱絲放入實驗容器合適位置(加熱絲要盡量拉直，且水平放置，防止影響氣泡運動)。
[0050](4)調節直流電源電壓、電流，使其為零，打開直流電源開關。
[0051](5)先逐步增大電壓至足夠大，電流為零，再逐漸調整電流至合適位置，加熱絲上會產生氣泡，可進行拍照等實驗，并記錄各項數據。
[0052](6)改變熱流密度(電壓、電流)，進行重復操作
[0053](7)若需更換加熱絲，首先應將直流電源斷電，然后使用升降裝置將加熱絲升起，換成另一種加熱絲，重復上述步驟。
[0054](8)實驗結束后，首先關掉電源，然后關掉各種設備，將加熱絲升起。
[0055]本方案巧妙地利用了各種吸熱與放熱現象，找到了一個溫度平衡點。在現行條件下，這種得到穩定溫度溶液的方式易用性很強，排除了由于水中沸騰擾動對加熱絲上形成氣泡的影響。另一方面，與大多數固定加熱絲的方式不同，可采用可升降鋼管來固定加熱絲，使加熱絲懸在實驗容器中，各種電線都從薄壁鋼管中心穿過，減少了線路擾動對水的影響，且對線路起到保護作用。
[0056]以上示意性的對本實用新型及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本實用新型的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本實用新型創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，包括高速攝像機(I)和加熱裝置，其特征在于:所述的加熱裝置包括支架、水浴容器和加熱絲調節機構，所述水浴容器和加熱絲調節機構均設置在支架上，其中，水浴容器主要由外部加熱容器(9)和內部實驗容器(10)組成，外部加熱容器(9)通過水浴對內部實驗容器(10)進行加熱，所述加熱絲調節機構中的加熱絲(7)放置于內部實驗容器(10)中進行實驗。2.根據權利要求1所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述支架底部設置有支撐板(8)，在支撐板(8)上表面設置有底座(11)，所述外部加熱容器(9)設置在底座(11)上，通過底座(11)上的加熱元件對外部加熱容器(9)內的水加熱。3.根據權利要求2所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述加熱元件為500W鎳鉻加熱絲。4.根據權利要求1或2或3所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述的外部加熱容器(9)和內部實驗容器(1)均由PC材料制成。5.根據權利要求2所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述的加熱絲調節機構還包括豎直調節機構和水平調節機構，豎直調節機構用于調節加熱絲(7)上下運動，水平調節機構用于調節加熱絲(7)水平移動。6.根據權利要求5所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述的豎直調節機構主要由兩根升降桿(4)組成，所述加熱絲(7)設置在升降桿(4)的底部，通過升降桿(4)調整加熱絲(7)高度;所述水平調節機構包括固定桿(5)，該固定桿(5)與支架的連接橫桿(3)滑動連接，升降桿(4)上端與固定桿(5)相連，則通過移動固定桿(5)控制升降桿(4)同步移動。7.根據權利要求6所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述升降桿(4)底端設置有固定座(6)，加熱絲(7)通過橡皮套固定在固定座(6)上。8.根據權利要求6所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述升降桿(4)為中空結構，與加熱絲(7)相連的電線從升降桿(4)內部穿過連接至電源。9.根據權利要求8所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述加熱絲(7)通過電線電連接有萬用表。10.根據權利要求5?9中任一項所述的一種可視化低擾動沸騰實驗裝置，其特征在于:所述底座(11)為木質材料，支撐板(8)和支架均為不銹鋼材質。
【文檔編號】G01N25/00GK205720064SQ201620572602
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】楚化強, 魏瑤, 朱帥, 丁先, 顧明言
【申請人】安徽工業大學