[發明專利]電流體強化對流換熱實驗系統

在審

• 申請號: 201711249444.9
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107843617A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 王際輝;胡學功
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

1.一種電流體強化對流換熱實驗系統，包括：

實驗件子系統，用于對熱沉的對流換熱過程進行分析，包括：

熱沉，由基座和翅片組成；為金屬或石墨材質，基座上有多個翅片，翅片之間相互平行或成一預定夾角；

熱源，其一面通過界面導熱材料與所述熱沉的基座貼合，另一面用保溫材料包覆和周圍流體絕熱；

電極，設置于熱沉的翅片間隙中，與熱沉不接觸，且與熱沉的相對距離可變；

電源子系統，包括：

高壓電源，其輸出端與電極相連，返回端與熱沉相連，用于在電極和熱沉之間形成電場；以及

測量子系統，包括溫度測量裝置和流體速度場測量裝置，用于實驗件子系統的溫度場及流體的速度場進行測量，從而對對流換熱系數隨各參變量的變化規律進行分析；

其中，參與對流換熱的流體是常態下不導電且高電壓下可電離的氣體或液體。

2.根據權利要求1所述的電流體強化對流換熱實驗系統，其中，

所述實驗件子系統還包括：

支撐臂，豎直固定在水平臺上，與水平臺成直角；所述支撐臂上加工有水平長條孔和圓孔；所述熱沉固定在支撐臂上，可沿著支撐臂上的水平長條孔水平移動，使得電極距離相鄰兩翅片的距離不同；

滑軌，通過圓孔垂直固定在支撐臂上，滑塊安裝在滑軌上，可沿滑軌長度方向滑動；所述的電極與滑塊相連，置于熱沉的翅片間隙中，隨滑塊的滑動而移動，并且電極與熱沉不接觸；所述的翅片間隙內均根據需要放置多個電極，不同電極之間也不接觸；通過滑塊的滑動，可改變電極與翅片的距離和/或間隙內的多個電極之間的相互距離；所述熱沉的移動和電極的移動方向相互垂直，使熱沉與電極之間的相對位置在兩個維度上發生變化；

所述電源子系統還包括：

直流穩壓電源，用于給熱源供電，使熱源以一定功率發熱，并將熱量以熱傳導的方式傳給熱沉；通過改變直流穩壓電源的輸出電壓和輸出電流，可調整實驗中熱源的發熱功率；

所述測量子系統包括：

多根熱電偶，所述熱電偶頭部檢測端測量熱沉和熱源表面上多個測點的溫度，用以獲得熱源和熱沉各處測點的溫度，包括：熱源表面、基座表面和翅片表面的測點，所述熱電偶尾部導線接入溫度巡檢儀，信號傳遞并記錄到溫度巡檢儀，并將實時溫度值顯示在溫度巡檢儀的顯示屏上；

紅外熱成像儀，鏡頭對向熱沉表面，和熱沉不接觸，用以測量熱沉表面的溫度場；

粒子成像測速系統，對向翅片間隙，通過向翅片間隙內發射示蹤粒子并對示蹤粒子拍照，并將翅片間隙內流體的速度場顯示在計算機上。

3.根據權利要求2所述的電流體強化對流換熱實驗系統，其中，

所述的熱沉與電極之間的距離在0.1mm到200mm之間；

所述的翅片間隙內的多個電極，任意兩個電極間距離在0.1mm到200mm之間。

4.根據權利要求3所述的電流體強化對流換熱實驗系統，其中，所述的熱沉的翅片數量在2到100之間；每個翅片間隙內電極的數量在0到10之間。

5.根據權利要求4所述的電流體強化對流換熱實驗系統，所述的熱沉的翅片之間夾角在0到180°之間。

6.根據權利要求5所述的電流體強化對流換熱實驗系統，翅片和基座一體成型或通過焊接、鉚接、粘接方式連接。

7.根據權利要求6所述的電流體強化對流換熱實驗系統，所述翅片表面加工有波紋和擾流孔；其中，

波紋形成于翅片間隙的相對面，形狀為波浪形、三角形、長方形或梯形，高度為0到5mm，寬度為0到10mm；

擾流孔為翅片上的貫通孔，形狀為圓形、方形、三角形、梯形或鍵槽形的通孔，數量在0到50之間。

8.根據權利要求7所述的電流體強化對流換熱實驗系統，所述的電極材質為鎢、鋼、銅、鉬或石墨，形狀為線狀或針狀，線狀電極直徑在0.01mm到4mm之間，針狀電極尖端曲率半徑在0.005mm到2mm之間。

9.根據權利要求1所述的電流體強化對流換熱實驗系統，所述的高壓電源的高壓輸出電壓有正、負兩種極性。

10.根據權利要求1所述的一種電流體強化對流換熱實驗系統，所述的高壓電源的高壓輸出電壓在0到50kV之間。