一种研究空化传热特性的试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种研究空化传热特性的试验装置，属于实验流体力学领域。空化试管上方开有四个通孔，压力和温度传感器穿过通孔悬空固定在空化试管中，液体输送管阀门通过管道与空化试管内连通，气体接口阀通过管道与空化试管内连通；试验罐上方开有四个通孔，压力和温度传感器穿过通孔悬空固定在试验罐中，液体输送管阀门通过管道与试验罐内连通，气体接口阀通过管道与试验罐内连通；空化试管放置在试验罐中，试验罐放置在真空罐中并通过法兰盘实现密封，试验罐和真空罐侧壁均开有可视化观察窗；高速相机放置在可视化观察窗外侧；本发明专利技术功能多样，能实现常温和低温液体在不同液体间和不同温度条件下汽化泡形态、压力和温度数据的同步采集和存储。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液体空化试验装置，尤其涉及一种研究空化传热特性的试验装置。属于流体力学及传热学范畴，实验流体力学领域。
技术介绍
当一定温度的液体内部局部压力降低到液体饱和蒸汽压时，液体就会发生相变，同时溶解于液体中的气体也会析出，一同形成汽泡，当汽泡周围的压力升高，泡内的蒸汽重新凝结，汽泡溃灭。这种液体内部汽泡的产生、发展、溃灭，以及由此引发的一系列物理和化学变化过程称之为空化现象。空化广泛存在于流体机械、传热传质、能源及航空航天等工程领域。例如，在水力机械、液体火箭发动机与动力机械的燃料供应系统以及火力与核电的回路中，空化是一种十分常见的现象，空化的发生往往会导致机器效率下降并引起振动、噪声和材料表面破坏等问题，严重时会使机器不能正常工作。空化泡的演变包含了丰富的物理化学信息，一直以来备受研究人员的关注。空化泡的演变过程在不同液体介质中存在明显差异，并且会显著受到液体压力和温度的影响。液体的汽化过程是一吸热过程，而凝结过程则会放出热量，这就使得空化泡的演变过程伴随着热量的传递和当地温度的改变，并且这一过程在不同液体介质及不同空化条件下的剧烈程度也是不一样的。研究人员通常采用实验方法对空化泡的演变过程进行研究，经文献检索发现，已公开的文献和专利均没有涉及空化传热特性研究的试验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术无法满足实际需求的问题，提供一种研究空化传热特性的试验装置。该试验装置能实现常温液体和低温液体空化泡的生成及空化泡演变过程的可视化图像、温度和压力数据采集，研究液体的压力和温度可进行大范围调节，所获取的试验数据对空化泡传热特性研究有重要价值。本专利技术是通过下述技术方案实现的。一种研究空化传热特性的试验装置，包括真空罐部分、试验罐部分、辅助设备部分、数据采集系统。真空罐部分用于提供真空环境起隔热的作用；包括真空罐、真空接口、真空罐法兰盘、第一观察窗、第一法兰盘、第二法兰盘，连接关系：真空罐为上方敞口的圆柱形罐体，第二法兰盘中心通孔的直径与真空罐的外径相同，真空罐的上边缘与第二法兰盘的上表面平齐，通过焊接固定；在真空罐的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第一观察窗为具有厚度的圆片，真空罐法兰盘和第一法兰盘的内径和外径相同，真空罐法兰盘的外径与真空罐开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第一观察窗的外径大于真空罐法兰盘的内径但与螺栓孔不干涉，第一法兰盘通过螺栓将第一观察窗压紧在真空罐法兰盘上，真空罐的通孔、真空罐法兰盘、第一观察窗和第一法兰盘的轴线重合；真空罐的侧壁上开设有真空接口。试验罐部分用于调节研究液体的温度并生成空化泡；包括：试验罐、试验罐法兰盘、第二观察窗、第三法兰盘、第四法兰盘、空化试管、第一液体输送管、第一气体接口阀、第二液体输送管、液体输送管阀门、泄压阀、第二气体接口阀，连接关系：试验罐为上方敞口的圆柱形罐体，第四法兰盘为实心法兰盘，试验罐的上边缘与第四法兰盘的下表面平齐，中心轴线重合，通过焊接固定；在试验罐的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第二观察窗为具有厚度的圆片，试验罐法兰盘和第三法兰盘的内径和外径相同，试验罐法兰盘的外径与试验罐开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第二观察窗的外径大于试验罐法兰盘的内径但与螺栓孔不干涉，第三法兰盘通过螺栓将第二观察窗压紧在试验罐法兰盘上，试验罐的侧壁的通孔、试验罐法兰盘、第二观察窗和第三法兰盘的轴线重合；第四法兰盘的中心轴线上开设有通孔，空化试管穿过通孔悬空固定在试验罐内部；空化试管的底部与试验罐法兰盘内孔下沿处于同一平面；固定空化试管的实心法兰盘上开设有通孔，第一液体输送管穿过通孔并与孔壁固定连接，第一液体输送管另一端连接有阀门；固定空化试管的实心法兰盘上开设有通孔并通过焊接管道与第一气体接口阀连接；第四法兰盘开设有通孔，第二液体输送管穿过通孔并与孔壁固定连接；第二液体输送管与液体输送管阀门固定连接；第四法兰盘开设有通孔并通过焊接管道与第二气体接口阀连接，第四法兰盘与第二气体接口阀之间的管道上还设有旁通管道与泄压阀连接。试验罐放置到真空罐中，并通过第二法兰盘与第四法兰盘上的法兰孔固定；空化试管放置到试验罐中，并通过实心法兰盘悬空固定在第四法兰盘上。辅助设备部分用于实现压力和温度的调节；包括：第一真空泵、第一真空泵阀门、氦气钢瓶、氦气钢瓶阀门、第二真空泵、电加热管、电加热管开关，连接关系：第一气体接口阀和第二气体接口阀均通过管路分别与第一真空泵和氦气钢瓶连接，并分别通过第一真空泵阀门和氦气钢瓶阀门控制气体的输送；第二真空泵与真空罐侧壁上开设的真空接口连通；电加热管悬浮放置于试验罐的液体中；电加热管通过电线与电加热管开关连接。数据采集系统用于显示并采集试验罐和空化试管内的压力和温度数据，采集并存储空化泡生成及溃灭过程的图像数据；包括：冷光源、光源控制器、高速相机、第一压力传感器、第一温度传感器、第二压力传感器、第二温度传感器、压力采集器、温度采集器、计算机，连接关系：冷光源与光源控制器通过控制线连接，冷光源透过第一观察窗和第二观察窗向试验罐内打光；高速相机用于拍摄空化试管内空化泡的形态；高速相机的镜头的轴线与第一观察窗的轴线重合，高速相机通过控制线与计算机连接；固定空化试管的实心法兰盘上开设有两个通孔，第一压力传感器和第一温度传感器分别穿过通孔插入到空化试管内的液体中；第一压力传感器和第一温度传感器的顶端分别通过数据线与压力采集器和温度采集器连接；第四法兰盘上开设有两个通孔，第二压力传感器和第二温度传感器分别穿过通孔插入到试验罐内的液体中；第二压力传感器和第二温度传感器的顶端分别通过数据线与压力采集器和温度采集器连接；压力采集器和温度采集器分别通过数据线与计算机连接；计算机可对高速相机、压力采集器和温度采集器进行控制。所述真空罐侧壁开设的圆形通孔之间的距离相等；圆形通孔的数量至少为两个；所述真空罐法兰盘与试验罐法兰盘上的螺栓孔为半通孔；所述第一观察窗和第二观察窗的内外两侧均贴有密封垫圈；所述第二法兰盘和第四法兰盘之间夹有密封圈；密封圈起到缓冲和密封的作用；所述空化试管、第一压力传感器、第一温度传感器、第二压力传感器和第二温度传感器均通过实心法兰盘悬空固定在第四法兰盘上并用密封胶进行密封；所述空化试管为带有体积刻度的全透明石英玻璃试管；所述第一压力传感器和第一温度传感器插入到空化试管内的长度大于第四法兰盘上表面到试验罐法兰盘上沿之间的距离，但小于空化试管的长度；所述第二压力传感器和第二温度传感器插入到试验罐内的长度不大于第四法兰盘上表面到试验罐法兰盘上沿之间的距离，即不影响高速相机的拍摄；所述第一观察窗采用透明亚克力材质；所述第二观察窗采用石英玻璃材质；所述真空罐、真空接口、真空罐法兰盘、第一法兰盘、第二法兰盘、试验罐、试验罐法兰盘、第三法兰盘、第四法兰盘、第一液体输送管、第二液体输送管采用不锈钢材质；具体工作过程：试验开始前，所有阀门处于关闭状态；开启第二真空泵使真空罐内始终保持为准真空状态以起到隔热效果；开启液体输送管阀门，将研究液体注入试验罐内，研究液体淹没第二压力传感器和第二温度传感器的下端，液体的具体高度可根据试验需要进行调节，然后关闭液体输送管阀门；开启第一液体输送管连接的阀门，将研究液体注入空化试管内，研究液体淹没第一压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种研究空化传热特性的试验装置，其特征在于：包括真空罐部分、试验罐部分、辅助设备部分、数据采集系统；真空罐部分用于提供真空环境起隔热的作用；包括真空罐(1)、真空接口(2)、真空罐法兰盘(3)、第一观察窗(4)、第一法兰盘(5)、第二法兰盘(6)，连接关系：真空罐(1)为上方敞口的圆柱形罐体，第二法兰盘(6)中心通孔的直径与真空罐(1)的外径相同，真空罐(1)的上边缘与第二法兰盘(6)的上表面平齐，通过焊接固定；在真空罐(1)的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第一观察窗(4)为具有厚度的圆片，真空罐法兰盘(3)和第一法兰盘(5)的内径和外径相同，真空罐法兰盘(3)的外径与真空罐(1)开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第一观察窗(4)的外径大于真空罐法兰盘(3)的内径但与螺栓孔不干涉，第一法兰盘(5)通过螺栓将第一观察窗(4)压紧在真空罐法兰盘(3)上，真空罐(1)的通孔、真空罐法兰盘(3)、第一观察窗(4)和第一法兰盘(5)的轴线重合；真空罐(1)的侧壁上开设有真空接口(2)；试验罐部分用于调节研究液体的温度并生成空化泡；包括：试验罐(7)、试验罐法兰盘(8)、第二观察窗(9)、第三法兰盘(10)、第四法兰盘(11)、空化试管(12)、第一液体输送管(13)、第一气体接口阀(14)、第二液体输送管(16)、液体输送管阀门(17)、泄压阀(18)、第二气体接口阀(19)，连接关系：试验罐(7)为上方敞口的圆柱形罐体，第四法兰盘(11)为实心法兰盘，试验罐(7)的上边缘与第四法兰盘(11)的下表面平齐，中心轴线重合，通过焊接固定；在试验罐(7)的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第二观察窗(9)为具有厚度的圆片，试验罐法兰盘(8)和第三法兰盘(10)的内径和外径相同，试验罐法兰盘(8)的外径与试验罐(7)开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第二观察窗(9)的外径大于试验罐法兰盘(8)的内径但与螺栓孔不干涉，第三法兰盘(10)通过螺栓将第二观察窗(9)压紧在试验罐法兰盘(8)上，试验罐(7)的侧壁的通孔、试验罐法兰盘(8)、第二观察窗(9)和第三法兰盘(10)的轴线重合；第四法兰盘(11)的中心轴线上开设有通孔，空化试管(12)穿过通孔悬空固定在试验罐(7)内部；空化试管(12)的底部与试验罐法兰盘(8)内孔下沿处于同一平面；固定空化试管(12)的实心法兰盘上开设有通孔，第一液体输送管(13)穿过通孔并与孔壁固定连接，第一液体输送管(13)另一端连接有阀门；固定空化试管(12)的实心法兰盘上开设有通孔并通过焊接管道与第一气体接口阀(14)连接；第四法兰盘(11)开设有通孔，第二液体输送管(16)穿过通孔并与孔壁固定连接；第二液体输送管(16)与液体输送管阀门(17)固定连接；第四法兰盘(11)开设有通孔并通过焊接管道与第二气体接口阀(19)连接，第四法兰盘(11)与第二气体接口阀(19)之间的管道上还设有旁通管道与泄压阀(18)连接；试验罐(7)放置到真空罐(1)中，并通过第二法兰盘(6)与第四法兰盘(11)上的法兰孔固定；空化试管(12)放置到试验罐(7)中，并通过实心法兰盘悬空固定在第四法兰盘(11)上；辅助设备部分用于实现压力和温度的调节；包括：第一真空泵(20)、第一真空泵阀门(21)、氦气钢瓶(22)、氦气钢瓶阀门(23)、第二真空泵(24)、电加热管(15)、电加热管开关(25)，连接关系：第一气体接口阀(14)和第二气体接口阀(19)均通过管路分别与第一真空泵(20)和氦气钢瓶(22)连接，并分别通过第一真空泵阀门(21)和氦气钢瓶阀门(23)控制气体的输送；第二真空泵(24)与真空罐(1)侧壁上开设的真空接口(2)连通；电加热管(15)悬浮放置于试验罐(7)的液体中；电加热管(15)通过电线与电加热管开关(25)连接；数据采集系统用于显示并采集试验罐(7)和空化试管(12)内的压力和温度数据，采集并存储空化泡生成及溃灭过程的图像数据；包括：冷光源(26)、光源控制器(27)、高速相机(28)、第一压力传感器(29)、第一温度传感器(30)、第二压力传感器(31)、第二温度传感器(32)、压力采集器(33)、温度采集器(34)、计算机(35)，连接关系：冷光源(26)与光源控制器(27)通过控制线连接，冷光源(26)透过第一观察窗(4)和第二观察窗(9)向试验罐(7)内打光；高速相机(28)用于拍摄空化试管(12)内空化泡的形态；高速相机(28)的镜头的轴线与第一观察窗(4)的轴线重合，高速相机(28)通过控制线与计算机(35)连接；固定空化试管(12)的实心法兰盘上开设有两个通孔，第一压力传感器(29)和第一温度传感器(30)分别穿过通孔插入到空化试管(12)内的液体中；第一压力传感器(29)和第一温度传感器(30)的顶...

【技术特征摘要】
1.一种研究空化传热特性的试验装置，其特征在于：包括真空罐部分、试验罐部分、辅助设备部分、数据采集系统；真空罐部分用于提供真空环境起隔热的作用；包括真空罐(1)、真空接口(2)、真空罐法兰盘(3)、第一观察窗(4)、第一法兰盘(5)、第二法兰盘(6)，连接关系：真空罐(1)为上方敞口的圆柱形罐体，第二法兰盘(6)中心通孔的直径与真空罐(1)的外径相同，真空罐(1)的上边缘与第二法兰盘(6)的上表面平齐，通过焊接固定；在真空罐(1)的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第一观察窗(4)为具有厚度的圆片，真空罐法兰盘(3)和第一法兰盘(5)的内径和外径相同，真空罐法兰盘(3)的外径与真空罐(1)开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第一观察窗(4)的外径大于真空罐法兰盘(3)的内径但与螺栓孔不干涉，第一法兰盘(5)通过螺栓将第一观察窗(4)压紧在真空罐法兰盘(3)上，真空罐(1)的通孔、真空罐法兰盘(3)、第一观察窗(4)和第一法兰盘(5)的轴线重合；真空罐(1)的侧壁上开设有真空接口(2)；试验罐部分用于调节研究液体的温度并生成空化泡；包括：试验罐(7)、试验罐法兰盘(8)、第二观察窗(9)、第三法兰盘(10)、第四法兰盘(11)、空化试管(12)、第一液体输送管(13)、第一气体接口阀(14)、第二液体输送管(16)、液体输送管阀门(17)、泄压阀(18)、第二气体接口阀(19)，连接关系：试验罐(7)为上方敞口的圆柱形罐体，第四法兰盘(11)为实心法兰盘，试验罐(7)的上边缘与第四法兰盘(11)的下表面平齐，中心轴线重合，通过焊接固定；在试验罐(7)的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第二观察窗(9)为具有厚度的圆片，试验罐法兰盘(8)和第三法兰盘(10)的内径和外径相同，试验罐法兰盘(8)的外径与试验罐(7)开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第二观察窗(9)的外径大于试验罐法兰盘(8)的内径但与螺栓孔不干涉，第三法兰盘(10)通过螺栓将第二观察窗(9)压紧在试验罐法兰盘(8)上，试验罐(7)的侧壁的通孔、试验罐法兰盘(8)、第二观察窗(9)和第三法兰盘(10)的轴线重合；第四法兰盘(11)的中心轴线上开设有通孔，空化试管(12)穿过通孔悬空固定在试验罐(7)内部；空化试管(12)的底部与试验罐法兰盘(8)内孔下沿处于同一平面；固定空化试管(12)的实心法兰盘上开设有通孔，第一液体输送管(13)穿过通孔并与孔壁固定连接，第一液体输送管(13)另一端连接有阀门；固定空化试管(12)的实心法兰盘上开设有通孔并通过焊接管道与第一气体接口阀(14)连接；第四法兰盘(11)开设有通孔，第二液体输送管(16)穿过通孔并与孔壁固定连接；第二液体输送管(16)与液体输送管阀门(17)固定连接；第四法兰盘(11)开设有通孔并通过焊接管道与第二气体接口阀(19)连接，第四法兰盘(11)与第二气体接口阀(19)之间的管道上还设有旁通管道与泄压阀(18)连接；试验罐(7)放置到真空罐(1)中，并通过第二法兰盘(6)与第四法兰盘(11)上的法兰孔固定；空化试管(12)放置到试验罐(7)中，并通过实心法兰盘悬空固定在第四法兰盘(11)上；辅助设备部分用于实现压力和温度的调节；包括：第一真空泵(20)、第一真空泵阀门(21)、氦气钢瓶(22)、氦气钢瓶阀门(23)、第二真空泵(24)、电加热管(15)、电加热管开关(25)，连接关系：第一气体接口阀(14)和第二气体接口阀(19)均通过管路分别与第一真空泵(20)和氦气钢瓶(22)连接，并分别通过第一真空泵阀门(21)和氦气钢瓶阀门(23)控制气体的输送；第二真空泵(24)与真空罐(1)侧壁上开设的真空接口(2)连通；电加热管(15)悬浮放置于试验罐(7)的液体中；电加热管(15)通过电线与电加热管开关(25)连接；数据采集系统用于显示并采集试验罐(7)和空化试管(12)内的压力和温度数据，采集并存储空化泡生成及溃灭过程的图像数据；包括：冷光源(26)、光源控制器(27)、高速相机(28)、第一压力传感器(29)、第一温度传感器(30)、第二压力传感器(31)、第二温度传感器(32)、压力采集器(33)、温度采集器(34)、计算机(35)，连接关系：冷光源(26)与光源控制器(27)通过控制线连接，冷光源(26)透过第一观察窗(4)和第二观察窗(9)向试验罐(7)内打光；高速相机(28)用于拍摄空化试管(12)内空化泡的形态；高速相机(28)的镜头的轴线与第一观察窗(4)的轴线重合，高速相机(28)通过控制线与计算机(35)连接；固定空化试管(12)的实心法兰盘上开设有两个通孔，第一压力传感器(29)和第一温度传感器(30)分别穿过通孔插入到空化试管(12)内的液体中；第一压力传感器(29)和第一温度传感器(30)的顶端分别通过数据线与压力采集器(33)和温度采集器(34)连接；第四法兰盘(11)上开设有两个通孔，第二压力传感器(31)和第二温度传感器(32)分别穿过通孔插入到试验罐(7)内的液体中；第二压力传感器(31)和第二温度传感器(32)的顶端分别通过数据线与压力采集器(33)和温度采集器(34)连接；压力采集器(33)和温度采集器(34)分别通过数据线与计算机(35)连接；计算机(35)可对高速相机(28)、压力采集器(33)和温度采集器(34)进行控制。2.如权利要求1所述的一种研究空化传热特性的试验装置，其特征在于：所述第一观察窗(4)和第二观察窗(9)的内外两侧均贴有密封垫圈；所述第二法兰盘(6)和第四法兰盘(11)之间夹有密封圈；密封圈起到缓冲和密封的作用；所述空化试管(12)、第一压力传感器(29)、第一温度传感器(30)、第二压力传感器(31)和第二温度传感器(32)均通过实心法兰盘悬空固定在第四法兰盘(11)上并用密封胶进行密封。3.如权利要求1所述的一种研究空化传热特性的试验装置，其特征在于：所述真空罐(1)侧壁开设的圆形通孔之间的距离相等；圆形通孔的数量至少为两个。4.如权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彪，陈泰然，王国玉，张敏弟，刘影，高德明，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11