[發明專利]一種冷凝傳熱效果評價系統

無效

• 申請號: 201010262746.1
• 申請日: 2010-08-24
• 公開（公告）號: CN101963588A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發明（設計）人: 張莉;徐宏;齊寶金;阮藝平;朱登亮;廖禮寶
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G01N25/18
• 分類號: G01N25/18
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所 31230
• 代理人: 朱小晶

【技術領域】

本發明涉及傳熱評價技術領域，具體地說，是一種冷凝傳熱效果評價系統。

【背景技術】

隨著蒸汽動力工程向高溫高壓、大容量機組方向的發展，核動力在常規動力中所占的比例不斷增長，火箭發動機和各種高熱負荷壁面冷卻的需求，以及石油、化工、食品和低溫工程等領域內各類新型蒸發器、凝汽器和相變換熱器的出現，都促進了沸騰和冷凝領域研究工作的蓬勃發展，至今仍是國內外傳熱傳質研究者最熱衷的重要研究方向之一。

蒸氣冷凝是蒸氣受冷卻或在升壓條件下放出潛熱，于對應壓力的飽和溫度下形成液相的過程。工業上的蒸氣冷凝方式通常是膜狀冷凝，換熱系數較小，其熱阻主要是由冷凝液膜引起的，因此，強化膜狀冷凝換熱的主要方式就是采用各種措施疏導冷凝液的排泄，減薄液膜的厚度。1930年Schimidt等首次發現比膜狀冷凝換熱強度高得多的滴狀冷凝現象，之后，盡管國內外的學者一直致力于通過表面處理實現滴狀冷凝、滴狀冷凝機理及其工業應用的研究，且在實驗室內可以維持上萬小時的滴狀冷凝，但迄今為止，滴狀冷凝仍然沒有得到工業上的具體應用，究其原因，主要是滴狀冷凝的機理尚不徹底清楚。

傳統的冷凝評價方法是采用管狀試樣進行冷凝試驗，主要從宏觀平均的角度，根據試驗結果對金屬表面的冷凝效果進行判斷，缺乏從微觀角度對冷凝傳熱機理的分析，而只有深入研究冷凝傳熱的機理，才能更好地促進冷凝強化傳熱技術的發展。

【發明內容】

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種冷凝傳熱效果評價系統。

本發明的目的是通過以下技術力案來實現的：

一種冷凝傳熱效果評價系統，蒸氣發生系統，冷卻水系統，測試段，輔助冷凝系統，數據采集監控系統，可視化觀測系統；蒸氣發生系統的氣化爐與測試段的冷凝室直接相連；冷卻水系統是由水槽的外部恒溫水源通過泵輸送，經流量計進入測試段的冷卻室，以噴射或噴淋的方式冷卻測試試塊的背面；測試段的冷凝室下方設有冷凝液出口和多余蒸氣出口，蒸氣在測試試塊表面冷凝后進入漏斗經疏水閥進入計量罐進行收集計量，多余蒸氣通過多余蒸氣出口進入輔助冷凝系統進行凝結；可視化觀測系統置于玻璃視鏡的前方；

所述的蒸氣發生系統，包含兩個氣化爐和過熱器，提供評價過程中所需蒸氣來源；

所述的冷卻水系統，用于控制測試試塊冷凝表面的過冷度；主要是外部恒溫水源通過泵輸送，經流量計進入冷卻室以噴射或噴淋的方式冷卻測試試塊的背面(冷卻面)，從而使測試試塊的冷凝面達到一定的過冷度；

所述的測試段由外壁筒體、筒體內腔、測試試樣固定平臺和玻璃視鏡組成，外壁筒體和筒體內腔構成了冷凝室，筒體內腔，其與測試試塊固定平臺利用螺栓連接起來，在筒體內腔內部形成了冷卻室；冷凝室內的蒸氣在測試試塊冷凝表面冷凝，在冷卻室內，冷卻水以噴淋或者噴射的方法冷卻測試試塊的冷卻面，以提供冷凝面所需的過冷度；冷凝室提供蒸氣冷凝的環境，蒸氣由與冷凝室直接相連的兩個氣化爐和一個過熱器組成的蒸氣發生系統提供，過熱器是為了保證通入冷凝室的蒸氣為飽和干蒸氣；

所述的冷凝室安裝壓力測試表，保證冷凝室內蒸氣壓力符合評測要求；

所述的冷凝室的蒸氣進口處安裝緩沖片，避免蒸氣直接吹掃測試試塊表面，影響冷凝效果的評測；

所述的輔助冷凝系統，用于冷凝冷凝室內多余的蒸氣和調節冷凝室的壓力；

所述的數據采集監控系統包括測試試塊的溫度采集、冷凝室內蒸氣壓力的監測和冷卻水的控制調節，用于測量、采集并監控金屬表面的溫度、冷凝室內的蒸氣壓力、冷卻水的流量等；數據采集器與一PC機連接，利用PC機對溫度進行實時采集、監控并進行處理；

所述的測試試樣兩邊各加工三個熱電偶插孔，采用六根熱電偶進行實時溫度采集，因為冷凝傳熱是一個復雜的過程，特別是滴膜共存的冷凝模式，金屬表面的溫度并不完全相同，采用多根熱電偶測量表面不同位置的溫度再求其平均值才能保證所測溫度能夠準確反映測試試塊冷凝表面的實際溫度；

所述的可視化觀測系統，由高速攝影儀和放大鏡頭組成，置于玻璃視鏡的前方，用于觀測蒸氣在金屬表面的冷凝形貌以及冷凝液膜/液滴的動態行為；采用高速攝影儀對冷凝過程進行記錄，根據液膜和/或液滴的動態行為評價冷凝傳熱效果；

所述的冷卻水供應系統上安裝有噴射和噴淋兩種不同的冷卻方式，當需要小過冷度時選擇噴頭噴射的冷卻方式，當需要大過冷度時選擇噴淋的冷卻方式；是為了達到在大范圍過冷度下獲取材料表面的冷凝特性的目的；

所述的水槽中的冷卻水保持恒溫，保證在同一流量的冷卻水下能夠達到相同的冷卻效果；