[實用新型]用于測量高熱流密度傳熱過程的快拆試驗裝置

有效

• 申請號: 201420011793.2
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN203688480U
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 谷芳;吳華杰;崔國起
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N25/18
• 分類號: G01N25/18;G01N25/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本實用新型涉及一種用于測量高熱流密度傳熱過程的快拆試驗裝置。

背景技術

隨著柴油機功率的不斷提高，其熱負荷及相關可靠性問題變得越來越突出，傳統柴油機冷卻系統中的冷卻液流動過程要控制在單相流范圍。但隨著柴油機功率增大，熱負荷不斷增加，冷卻液的過冷沸騰現象不可避免。由于過冷沸騰具有較好的傳熱效果，為了在盡量不增加柴油機冷卻系統體積的情況下，提高柴油機冷卻系統的傳熱效率，提出了采用高溫冷卻和過冷沸騰冷卻技術。

大功率柴油機在高熱流密度下，過冷沸騰傳熱過程是不可避免的，而這種傳熱過程對不同金屬材質和不同特性的冷卻液有不同的傳熱效果。為了研究各種金屬材質和冷卻液在高熱流密度下的傳熱過程，以及對柴油機在高熱流密度下性能的影響，建立了一種用于測量高熱流密度傳熱過程的快拆試驗裝置。能夠對不同冷卻液和不同金屬材質的傳熱效果進行快速測量與分析，并可以方便地采用激光多普勒或高速攝像機等精密儀器對高熱流密度下的傳熱過程進行流場測量和實時觀測。

發明內容

針對大功率柴油機冷卻系統的高熱負荷特點，本實用新型的目的在于為各種高熱負荷條件下柴油機冷卻系統傳熱研究，提供一種能夠測試各種冷卻液和金屬材料傳熱性能的快拆傳熱試驗裝置。以彌補大多數傳熱裝置體積龐大、傳熱件固定不宜拆卸、加熱方式復雜且加熱通量小等缺點。

為達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種測量高熱流密度下傳熱過程的快拆試驗裝置，主要由水泵1、恒溫冷卻液儲槽2、渦輪流量計5、溫度計7、電控單元（熱電偶數字轉換器）13、燃氣噴燈9、方形流動通道10以及快拆傳熱單元11組成。快拆傳熱單元11方便拆卸，可迅速更換不同的金屬測試件21。金屬快拆測試件21與方形流動通道10之間采用榫卯結構，能有效保證高溫密封，使得該實驗裝置具有很強的通用性。燃氣噴燈9提供的熱通量可以近似代替發動機缸內燃燒釋放的熱通量，這種加熱方式簡潔，避免采用大功率電加熱設備，附加設備少，便于操作。

所述水泵1、恒溫冷卻液儲槽2、渦流流量計5、方形流動通道10以及快拆傳熱單元11采用不銹鋼管依次串聯構成冷卻液密閉循環回路。

所述快拆傳熱單元11主要由金屬快拆測試件21、紫銅導熱件20、保溫箱體14、有機玻璃觀察視窗19、密封緊固組件16、緊固了螺栓17、緊固螺釘18組成（見圖2）。

所述快拆傳熱單元11的金屬快拆測試件21放置在方形流動通道10的管路下方，采用榫卯密封面連接。紫銅導熱件20放置在金屬快拆試件21下方，采用榫卯密封面連接。密封緊固組件16放置在方形流動通道10上下兩側，加緊金屬快拆試件21，并采用緊固螺栓17和緊固螺釘18加以固定。（見圖3）

所述保溫箱體14包裹在金屬快拆試件21與紫銅導熱件20外側，中間填充保溫材料15。

所述有機玻璃視窗19嵌入到方形流動通道10兩側壁，利用密封緊固組件16的上下夾板結構，壓緊有機玻璃視窗。

所述密封緊固組件16由兩個長條金屬塊、上下兩個夾板組成。兩個長條金屬塊放置在方形流道10上側夾板的上方，緊固螺栓17穿過長條金屬塊的四個螺栓孔，與方形流道10下側夾板上的螺栓孔對齊進行緊固。一方面起到緊固有機玻璃視窗的目的，另一方面也進一步夾緊金屬快拆件21與方形流動通道10之間的密封面。

所述電控單元13，由熱電偶數字轉換器構成的溫度控制和溫度測量電控單元。采用熱電偶測量恒溫冷卻液儲槽2內的冷卻液溫度，并傳輸溫度信號回電控單元13的熱電偶數字轉換器，控制冷卻液加熱溫度；采用金屬壁面測溫熱電偶12測量金屬快拆試件21的表面溫度，并傳輸給熱電偶數字轉換器，實時顯示金屬快拆件21的表面溫度。

所述測試段采用方形流動通道10。

本實用新型具有的優點和積極效果是：

1.采用燃氣噴燈加熱方式，使被加熱的金屬快拆測試件最高工作溫度能夠達到500℃，該溫度基本接近大功率柴油機缸內壁面高溫區溫度范圍，避免了采用電磁加熱等需要體積龐大的功率加熱設備。

2.加熱段采用方形流動通道，流動穩定性易于控制，流道兩側易于安裝有機玻璃視窗，有利于采用激光多普勒或高速攝像機等精密光學儀器觀測高熱流密度下過冷沸騰傳熱現象。

3.快拆金屬塊結構設計巧妙，在密封附件的配合下能夠與方形流動通道底面緊密貼合，保證在較高溫度下的密封效果。

4.快拆金屬塊與紫銅導熱塊之間采用榫卯結構，能夠保證熱傳導面之間緊密接觸，確保金屬快拆測試件導熱面上熱流密度的均勻性。