[發明專利]熱對流實驗裝置

在審

• 申請號: 201710235198.5
• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN106802681A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 左惲祺;鄢博;何曉舟
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: G05D23/30
• 分類號: G05D23/30
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙)31294
• 代理人: 孫佳胤

技術領域

本發明涉及湍流領域，特別涉及一種熱對流實驗裝置。

背景技術

自由運動換熱是現在科學研究的熱門之一，自由運動換熱是指參與換熱的流體由于各部分溫度不均勻而形成密度差，從而在重力場或者其他力場中產生浮升力，在所述浮升力引發的運動所產生的換熱過程。

自由運動換熱現象廣泛存在于工業各個領域，例如，熱力管道、熱力設備、鍋爐爐體等與周圍的環境之間的換熱都是自由運動換熱，自由運動換熱的強度取決于流體沿固體換熱表面的流動狀態及其發展情況，而這些又與流體流動的空間和換熱表面的形狀、尺寸、表面與流體之間的溫差、流體的種類與物性參數等許多因素有關，是一個受眾多因素影響的復雜過程。

但是，現在對自由運動換熱的研究仍然處于探索階段，亟需更好的裝置對自由運動換熱進行深入的研究。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種更佳的研究自由運動換熱的熱對流實驗裝置。

本發明提供一種熱對流實驗裝置，包括：殼體，所述殼體限定有空腔，所述空腔用于裝載流體；頂板和底板，所述頂板與所述殼體的頂部可拆卸地緊固連接，所述底板與所述殼體的底部可拆卸地緊固連接；其中，所述頂板包括第一溫度控制器，所述底板包括第二溫度控制器，其中，所述第一溫度控制器可控地設置為第一溫度，所述第二溫度控制器可控地設置為第二溫度且第一溫度、第二溫度和流體溫度彼此不同，使得所述流體形成對流；設置在頂板內的第一溫度傳感器，所述第一溫度傳感器監控第一溫度；設置在底板內的第二溫度傳感器，所述第二溫度傳感器監控第二溫度；設置在空腔內的第三溫度傳感器，所述第三溫度傳感器監控流體的溫度；溫度調節器，所述溫度調節器接收第一溫度和第二溫度，并根據第一溫度、第二溫度和流體的溫度，調節第一溫度和第二溫度。

可選的，所述頂板朝向腔體的表面為粗糙表面。

可選的，所述頂板朝向腔體的表面具有若干金字塔狀凸起。

可選的，所述金字塔狀凸起的底面為正方形，側面為等邊三角形。

可選的，所述底板朝向腔體的表面為粗糙表面。

可選的，所述底板朝向腔體的表面具有若干金字塔狀凸起。

可選的，所述金字塔狀凸起的底面為正方形，側面為等邊三角形。

可選的，所述第一溫度控制器為雙螺旋水冷器或加熱器。

可選的，所述第二溫度控制器為雙螺旋水冷器或加熱器。

可選的，所述第一溫度控制器線性可控地設置第一溫度且所述第二溫度控制器拋物線可控地設置第二溫度；或所述第一溫度控制器脈沖可控地設置第一溫度且所述第二溫度控制器拋物線可控地設置第二溫度；或所述第一溫度控制器脈沖可控地設置第一溫度且所述第二溫度控制器線性可控地設置第二溫度；或所述第一溫度控制器階梯可控地設置第一溫度且所述第二溫度控制器階梯可控地設置第二溫度；或所述第一溫度控制器階梯可控地設置第一溫度且所述第二溫度控制器線性可控地設置第二溫度；或所述第一溫度控制器階梯可控地設置第一溫度且所述第二溫度控制器拋物線可控地設置第二溫度；或所述第一溫度控制器階梯可控地設置第一溫度且所述第二溫度控制器拋物線可控地設置第二溫度。

與現有技術相比，本申請的技術方案具有以下優點：本實施例的熱對流實驗裝置能夠迅速地且可控地形成較高的瑞利數(大于等于10¹⁴)且對其有效實時監控。

附圖說明

圖1為一實施例的熱對流實驗裝置示意圖；

圖2為一實施例的頂板的示意圖；

圖3為一實施例的頂部的分解示意圖；

圖4為一實施例的底板的示意圖。

圖5和圖6為一實施例的熱對流實驗裝置放置于湍流實驗平臺的示意圖。

具體實施方式

自由運動換熱涉及很多領域，例如，大自然的大氣對流和地幔對流、生活中電腦CPU散熱、核電站的冷卻塔冷卻等。對自由運動換熱的研究是現在的一個熱點。但是，現在尚無一種能夠迅速地且可控地形成迅速地且可控地形成較高的瑞利數(大于等于10¹⁴)且對其有效實時監控的實驗模擬裝置。

為了便于理解本申請，對湍流流動的進行如下定義：

湍流是流體的一種流動狀態。當流速很小時，流體分層流動，互不混合，稱為層流，也稱為穩流或片流；逐漸增加流速，流體的流線開始出現波浪狀的擺動，擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此種流況稱為過渡流；當流速增加到很大時，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動，還有混合，形成湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。