[發(fā)明專利]測量微管對(duì)流傳熱系數(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110028363.2
• 申請(qǐng)日: 2011-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN102110387A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳可君;何潮洪;王磊;黃志堯;車圓圓;周俊超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B23/16
• 分類號(hào): G09B23/16;G01N25/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測量對(duì)流傳熱系數(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測量微管對(duì)流傳熱系數(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

化工工業(yè)中，很多過程和單元操作都需要傳熱，而對(duì)流傳熱應(yīng)用最為普遍，是化工中傳熱計(jì)算的基礎(chǔ)，也是探索強(qiáng)化或削弱傳熱的重要途徑。工程中的對(duì)流傳熱是流體流過固體表面時(shí)發(fā)生的對(duì)流和傳導(dǎo)聯(lián)合作用的傳熱過程，對(duì)流傳熱系數(shù)反映了流體與固體表面的換熱能力，其物理意義為當(dāng)流體與固體表面之間的溫度差為1K時(shí)，單位壁面面積在單位時(shí)間所能傳遞的熱量，單位為W/(m²K)。對(duì)于化工類專業(yè)學(xué)生，了解和掌握流體對(duì)流傳熱系數(shù)的測定方法，對(duì)于加深其傳熱單元操作的理解具有重要的意義。

近年來，隨著微化工技術(shù)的發(fā)展，微管道對(duì)流傳熱的研究引起了越來越多研究人員的關(guān)注，微管道對(duì)流傳熱的研究為微型傳熱設(shè)備、微型反應(yīng)器、微型熱泵的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了重要的冷模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。特別是對(duì)于強(qiáng)放熱微管道反應(yīng)器的開發(fā)，提高其反應(yīng)安全性、優(yōu)化其反應(yīng)路線等有著至關(guān)重要的作用。然而由于金屬微管道尺寸通常只有百微米級(jí)，實(shí)驗(yàn)需要在絕熱條件下進(jìn)行等原因，流體溫度測量和管道線路的連接存在著許多困難，研究人員提出過采用云母帶和絕熱海綿包裹微管道絕熱的方法，但是在更換測試管路時(shí)操作復(fù)雜，也提出過紅外檢測和熱敏液晶等測量溫度的方法，但對(duì)于設(shè)備的要求較高，投入也較大。

目前為止，實(shí)驗(yàn)室使用的對(duì)流傳熱系數(shù)測定設(shè)備主要針對(duì)于常規(guī)管徑（內(nèi)徑大于1mm），針對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)用途，操作簡單、成本低、穩(wěn)定性高的測量微尺度下對(duì)流傳熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置還沒有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測量微管對(duì)流傳熱系數(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。?

測量微管對(duì)流傳熱系數(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置包括相連的真空絕熱腔、功率可調(diào)型加熱單元、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，其中真空絕熱腔包括不銹鋼外腔體、腔體壓力檢測口、抽氣口、絕緣密封接線面板、螺栓、緊固件、O型圈、接線端子、進(jìn)出口管道、混合腔、金屬兩通接頭、氟橡膠墊圈、微米級(jí)金屬管、50μm熱電偶、Pt100測溫探頭、壓力傳感器、加熱導(dǎo)線；不銹鋼外腔體設(shè)有腔體壓力檢測口和抽氣口，絕緣密封接線面板通過螺栓與不銹鋼外腔體連接，接線端子固定在絕緣密封接線面板上，金屬兩通接頭一側(cè)與微米級(jí)金屬管連接，利用金屬兩通接頭內(nèi)安裝氟橡膠墊圈固定，金屬兩通接頭另一側(cè)與混合腔連接，流體進(jìn)出口管道一端與混合腔連接，流體進(jìn)出口管道另一端通過緊固件與絕緣密封接線面板連接，在緊固件與流體進(jìn)出口管道連接處設(shè)有O形圈，混合腔上端安裝Pt100測溫探頭，混合腔下端安裝壓力傳感器，50μm熱電偶和加熱導(dǎo)線連接在微米級(jí)金屬管的外壁，所有導(dǎo)線通過接線端子引出不銹鋼外腔體。

所述的功率可調(diào)型加熱單元包括恒流加熱源、RS232協(xié)議模塊和計(jì)算機(jī)；恒流加熱源與RS232協(xié)議模塊連接，RS232協(xié)議模塊與計(jì)算機(jī)連接。所述的微米級(jí)金屬管采用功率可調(diào)型加熱單元加熱。

本發(fā)明針對(duì)的微管對(duì)流熱系數(shù)測量的難點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)需要，采用絕緣密封接線面板，可以保證在抽真空狀態(tài)下導(dǎo)線的正常連接；提出了利用混合腔連接微管，保證微管道易拆卸，無損壞，流體可以在微小腔體內(nèi)實(shí)現(xiàn)充分混合，熱電阻及壓力傳感器可以與混合腔連接，測定流體進(jìn)出口溫度及進(jìn)出口壓力，非侵入式測量不會(huì)對(duì)微管道的流動(dòng)傳熱產(chǎn)生影響；璧面溫度采用50μm熱電偶測量，響應(yīng)速度快，拆裝簡單，成本低；通過功率可調(diào)型加熱單元對(duì)微管輸入能量，通過RS232協(xié)議模塊與計(jì)算機(jī)連接，由計(jì)算機(jī)控制功率輸出大小、時(shí)間、方式，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)。

附圖說明

圖1是測量微管對(duì)流傳熱系數(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是測量微管對(duì)流傳熱系數(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置沿管線方向的剖面圖；

圖3是測量微管對(duì)流傳熱系數(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置沿管截面方向的剖面圖。

具體實(shí)施方式