一种支持可换表面的池沸腾和液滴碰壁的实验装置及其使用方法制造方法及图纸

一种支持可换表面的池沸腾和液滴碰壁的实验装置及其使用方法，属于相变传热和喷雾冷却技术领域，装置包括控温热电偶、辅助加热棒、玻璃罩、聚四氟乙烯密封盖、实验工件、槽型热源、绝热砂和盒状底座。控温热电偶和辅助加热棒由限位盖固定，并置于玻璃罩顶部；聚四氟乙烯密封盖上部有密封凹槽以密封玻璃罩，其背部设有安装热电偶的通孔，其内部设有安装密封实验工件的通孔；实验工件和槽型热源可紧密配合，且实验工件的上部开有两排热电偶插孔，槽型热源开有通孔；盒状底座内部有长方形凸台，用于固定槽型热源，且凸台为通孔，便于拆装加热工件。本发明专利技术根据池沸腾和液滴碰壁实验要求提供一套实验装置，能够支持池恒温、加热、测温、拍照和更换实验工件等功能。

【技术实现步骤摘要】
一种支持可换表面的池沸腾和液滴碰壁的实验装置及其使用方法
本专利技术属于相变传热
，是一种支持可换表面的池沸腾和液滴碰壁的实验装置及使用方法，最终服务于喷雾冷却

技术介绍
池沸腾是一种高效的相变换热方式，与喷雾冷却相同，在冶金、电子器件、军事设备等方面应用非常广泛。已公开的文献和以前的工作发现，喷雾冷却沸腾换热过程的换热效果提升与沸腾过程的气泡大小以及脱离换热壁面的速度有关。本池沸腾旨在处理实验工件表面，使其在特定位置表现为疏水特性，以促进气泡的生成和脱离壁面，从而达到强化换热的效果。液滴碰壁是喷雾冷却的必要过程，为研究喷雾冷却强化换热的微观机理，液滴碰壁特性被广泛关注。液滴碰壁过程与壁面特性有很大关系，本实验装置旨在处理不同性质的表面特性，对液滴碰壁特性进行实验研究，发现其特性，最终服务于喷雾冷却。本装置所进行的实验过程为系列实验，因此实验过程需要多次更换实验工件，为解决这一问题，需要将实验工件设计为可拆换状态，并考虑其拆卸的便捷性。池沸腾实验过程中需要计算实验工件表面温度和热流密度，对实验工件的温度梯度测量及实验工件和槽型热源的绝热处理是必要的。目前绝热材料多用气凝胶，但其形状多为整体片状，很难实现各角度的均匀性包裹，极容易使实验工件处于非水平状态，且该材料对皮肤有较强的刺激性。
技术实现思路
本专利技术提供一套可更换实验表面、保持池恒温、加热、测温和拍照的实验装置，本实验装置主要目的是应用于池沸腾实验。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种支持可换表面的池沸腾和液滴碰壁的实验装置，包括辅助加热装置、玻璃罩3、聚四氟乙烯密封盖4、实验工件5、槽型热源6、绝热砂7、盒状底座8。所述的辅助加热装置用于保持池内水处于饱和状态，包括限位盖、控温热电偶1和辅助加热棒2；所述限位盖置于玻璃罩3顶部，且能够在玻璃罩3顶部滑动，其上设有两个通孔，用于安装控温热电偶1和辅助加热棒2；所述控温热电偶1和辅助加热棒2置于玻璃罩3内，加热棒2套接在钢管内，通过钢管对其进行保护以免浸水；所述控温热电偶1置于玻璃罩3内部，用于测量池内水的温度，由控制器根据测温控制辅助加热棒2进行加热。所述的玻璃罩3由四片玻璃粘合而成，位于聚四氟乙烯密封盖4的上方，其形状与聚四氟乙烯密封盖4上部密封凹槽11匹配，并能够将包含实验工件5上表面的池进行密封。玻璃罩3采用透光率大于99％、折射率小于1.4的高透玻璃，其厚度为2mm，以对池沸腾过程的气泡形成和生长过程进行拍摄且避免较大的误差。所述的聚四氟乙烯密封盖4的底部设有与盒状底座8配合的底部凹槽13，底部凹槽13四周设有通孔9，通过螺栓与盒状底座8上的螺纹孔18连接。所述聚四氟乙烯密封盖4的顶部设有密封凹槽11，用于安装玻璃罩3。所述聚四氟乙烯密封盖4的内部设有长方形凸台10，其高度高于密封凹槽11，用于安装并密封实验工件5。实验工件5安装后，其上表面与凸台10齐平。所述密封凹槽11的背面开有一个长方形通孔12，用于安装热电偶15，对实验工件5测温来推算其表面温度。所述的实验工件5和槽型热源6均由T2紫铜制成。所述实验工件5为长方块，在接近上表面处设有两排用于安装热电偶15的插孔14，用于测量实验工件5内部的温度梯度来推算其表面温度。所述实验工件5的下端与槽型热源6中部凹槽16紧密配合，槽型热源6的功能是为实验工件5加热并控制其温度。所述的槽型热源6的两侧开有两个通孔17用来安装加热棒，中间开有1mm直径孔，用于安装热电偶对其进行测温。所述的绝热砂7填充于盒状底座8内部，由黏土颗粒烧制而成，黏土颗粒被加热后膨胀，内部为空心，从而达到保温绝热效果。绝热砂6没有固定形态，其随内部空间的变化而变化。所述的盒状底座8内部用于放置绝热砂7、固定实验工件5和槽型热源6，盒状底座8内部设有长方形支撑凸台20，用于支撑和固定槽型热源6，其中间的通孔便于在拆卸实验工件5时使用工具；盒状底座8上设有螺纹孔18、导线孔19，螺栓穿过螺纹孔18、通孔9，将聚四氟乙烯密封盖4与盒状底座8进行固定。进行池沸腾实验时，本专利技术使用过程为：首先将实验工件5下部与槽型热源6的凹槽16配合后，将槽型热源6与盒状底座8长方形凸台20的孔对齐后固定，随后将处理好的绝热砂7填满盒状底座8的空间以保证绝热。其次，将实验工件5的上方与聚四氟乙烯密封盖4配合，使实验工件5上表面与聚四氟乙烯密封盖4上方中间的长方形凸台10齐平，长方形凸台10固定密封实验工件5。将聚四氟乙烯密封盖4的凹槽13与盒状底座8配合安装后，其四周的贯穿通孔9与盒状底座8上部螺纹孔18对齐后安装固定螺栓。再次，通过聚四氟乙烯密封盖4上部凸起的密封凹槽11安装玻璃罩3，其背部长方形通孔12将实验工件5的热电偶插孔14暴露。最后，通过聚四氟乙烯密封盖4背部的长方形通孔12安装实验工5上的热电偶16，且在玻璃罩3的上方安装控温热电偶1和辅助加热棒2。所述的实验装置可更换实验表面以进行不同表面处理后的池沸腾实验，具体为：拆卸玻璃罩3，将实验工件5从盒状底座8中间凸台的通孔20底部敲击后取出，更换实验工件5后再按顺序安装。在进行碰壁实验时，实验装置安装和拆卸顺序与池沸腾实验相同，只是不使用玻璃罩3及辅助加热装置。即本专利技术提供的实验装置可以更换不同的实验工件5，而不使用玻璃罩3进行液滴碰壁实验。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术集成了池沸腾和液滴碰壁实验所要求的一维导热；(2)本专利技术绝热材料采用空心绝热砂颗粒；(3)本专利技术可使实验过程中池内水保持饱和状态；(4)在进行池沸腾和液滴碰壁实验过程时，可根据实验需求更换不同属性的表面；(5)在实验过程中，本专利技术支持相机拍照。附图说明图1a为装置爆炸图，图1b为装置装配正视图，图1c为装置装配后视图；图2为聚四氟乙烯密封盖结构示意图；图3a为实验工件结构示意图；图3b为槽型热源结构示意图；图4为盒状底座结构示意图；图5为本专利技术的结构示意图；图中：1为控温热电偶；2为辅助加热棒；3为玻璃罩；4为聚四氟乙烯密封盖；5为实验工件；6为槽型热源；7为绝热砂；8为盒状底座；9为通孔；10中间长方形凸台；11为密封凹槽；12为长方形通孔；13为底部凹槽；14为插孔；15为热电偶；16为凹槽；17为通孔；18为螺纹孔；19为导线孔；20为长方形支撑凸台。具体实施方案本专利技术将结合附图1-附图4，根据安装顺序进行具体实施方案的说明。一种支持可换表面的池沸腾和液滴碰壁的实验装置，包括辅助加热装置、玻璃罩3、聚四氟乙烯密封盖4、实验工件5、槽型热源6、绝热砂7、盒状底座8。所述的辅助加热装置用于保持池内水处于饱和状态，包括限位盖、控温热电偶1和辅助加热棒2，限位盖置于玻璃罩3顶部，其上设有两个通孔，用于安装控温热电偶1和辅助加热棒2；控温热电偶1和辅助加热棒2置于玻璃罩3内，加热棒2套在钢管内。所述的玻璃罩3由四片玻璃粘合而成，位于聚四氟乙烯密封盖4的上方，玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支持可换表面的池沸腾和液滴碰壁的实验装置，其特征在于，包括辅助加热装置、玻璃罩(3)、聚四氟乙烯密封盖(4)、实验工件(5)、槽型热源(6)、绝热砂(7)、盒状底座(8)；/n所述的辅助加热装置用于保持池内水处于饱和状态，包括限位盖、控温热电偶(1)和辅助加热棒(2)；控温热电偶(1)和辅助加热棒(2)由限位盖固定，限位盖置于玻璃罩(3)；/n所述的玻璃罩(3)由四片玻璃粘合而成，位于聚四氟乙烯密封盖(4)的上方，其形状与聚四氟乙烯密封盖(4)上部密封凹槽(11)匹配，并能够将包含实验工件(5)上表面的池进行密封；/n所述的聚四氟乙烯密封盖(4)的底部设有与盒状底座(8)配合的底部凹槽(13)，底部凹槽(13)四周设有通孔(9)；所述聚四氟乙烯密封盖(4)的顶部设有密封凹槽(11)，用于安装玻璃罩(3)，其内部的长方形凸台(10)用于安装并密封实验工件(5)；实验工件(5)安装后，其上表面与凸台(10)齐平；所述密封凹槽(11)背面开有通孔(12)，用于安装热电偶(15)，对实验工件(5)进行测温；/n所述的实验工件(5)和槽型热源(6)均由T2紫铜制成；所述实验工件(5)为长方块，在接近上表面处设有两排用于安装热电偶(15)的插孔(14)，用于测量实验工件(5)内部的温度梯度来推算其表面温度；所述实验工件(5)的下端与槽型热源(6)中部凹槽(16)紧密配合，槽型热源(6)为实验工件(5)加热并控制其温度；所述的槽型热源(6)的两侧开有通孔(17)用来安装加热棒，中间开有通过孔，用于安装热电偶并对其进行测温；/n所述的绝热砂(7)填充于盒状底座(8)内部，达到保温绝热效果；/n所述的盒状底座(8)内部用于放置绝热砂(7)、固定实验工件(5)和槽型热源(6)，盒状底座(8)内部设有长方形支撑凸台(20)，用于支撑和固定槽型热源(6)，长方形凸台(20)上设有通孔，以方便拆装实验工件(5)；盒状底座(8)上设有与通孔(9)对应的螺纹孔(18)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种支持可换表面的池沸腾和液滴碰壁的实验装置，其特征在于，包括辅助加热装置、玻璃罩(3)、聚四氟乙烯密封盖(4)、实验工件(5)、槽型热源(6)、绝热砂(7)、盒状底座(8)；
所述的辅助加热装置用于保持池内水处于饱和状态，包括限位盖、控温热电偶(1)和辅助加热棒(2)；控温热电偶(1)和辅助加热棒(2)由限位盖固定，限位盖置于玻璃罩(3)；
所述的玻璃罩(3)由四片玻璃粘合而成，位于聚四氟乙烯密封盖(4)的上方，其形状与聚四氟乙烯密封盖(4)上部密封凹槽(11)匹配，并能够将包含实验工件(5)上表面的池进行密封；
所述的聚四氟乙烯密封盖(4)的底部设有与盒状底座(8)配合的底部凹槽(13)，底部凹槽(13)四周设有通孔(9)；所述聚四氟乙烯密封盖(4)的顶部设有密封凹槽(11)，用于安装玻璃罩(3)，其内部的长方形凸台(10)用于安装并密封实验工件(5)；实验工件(5)安装后，其上表面与凸台(10)齐平；所述密封凹槽(11)背面开有通孔(12)，用于安装热电偶(15)，对实验工件(5)进行测温；
所述的实验工件(5)和槽型热源(6)均由T2紫铜制成；所述实验工件(5)为长方块，在接近上表面处设有两排用于安装热电偶(15)的插孔(14)，用于测量实验工件(5)内部的温度梯度来推算其表面温度；所述实验工件(5)的下端与槽型热源(6)中部凹槽(16)紧密配合，槽型热源(6)为实验工件(5)加热并控制其温度；所述的槽型热源(6)的两侧开有通孔(17)用来安装加热棒，中间开有通过孔，用于安装热电偶并对其进行测温；
所述的绝热砂(7)填充于盒状底座(8)内部，达到保温绝热效果；
所述的盒状底座(8)内部用于放置绝热砂(7)、固定实验工件(5)和槽型热源(6)，盒状底座(8)内部设有长方形支撑凸台(20)，用于支撑和固定槽型热源(6)，长方形凸台(20)上设有通孔，以方便拆装实验工件(5)；盒状底座(8)上设有与通孔(9)对应的螺纹孔(18)。


2.根据权利要求1所述的一种支持可换表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红，陈晗，司超，蔡畅，尹洪超，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21