[發(fā)明專利]多功能蒸汽冷凝換熱及結霜過程可視化實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810229255.3
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108469450B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 劉亞華;王歌;詹海洋;王昊
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/02;G01N25/06
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種多功能蒸汽冷凝換熱及結霜過程可視化實驗裝置，其特征在于，所述的多功能蒸汽冷凝換熱及結霜過程可視化實驗裝置包括真空環(huán)境系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、氣體供應系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、實驗樣品(26)及夾具；

所述的真空環(huán)境系統(tǒng)提供超高真空狀態(tài)、恒溫的密封腔室(24)，密封腔室(24)頂部和左右兩側開設有光學視窗，密封腔室(24)內(nèi)部放置有實驗樣品(26)，實驗樣品(26)通過夾具夾持；密封腔室(24)通過管路與蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、氣體供應系統(tǒng)連接，根據(jù)實驗要求向密封腔室(24)內(nèi)部提供定量的蒸汽和不凝性氣體；所述的真空環(huán)境系統(tǒng)包括排氣閥(4)、真空閥(5)、真空泵組(6)、電子氣壓計(7)、加熱帶功率調(diào)節(jié)器(19)、熱電偶(20)、加熱帶(21)、密封腔室(24)、蒸汽通入法蘭(32)、冷卻水穿透件(33)、電源穿透件(35)和熱電偶穿透件(36)；所述的密封腔室(24)的艙門關閉后，利用真空泵組(6)通過真空閥(5)控制將密封腔室(24)內(nèi)空氣抽出，達到超高真空狀態(tài)；所述的密封腔室(24)上設有排氣閥(4)；加熱帶(21)纏繞在密封腔室(24)外壁四周，并通過計算機(22)和加熱帶功率調(diào)節(jié)器(19)調(diào)節(jié)加熱帶(21)的發(fā)熱量，從而保持密封腔室(24)內(nèi)部溫度穩(wěn)定在所需冷凝環(huán)境溫度；電子氣壓計(7)和熱電偶(20)設置在密封腔室(24)內(nèi)壁，熱電偶(20)位于實驗樣品(26)及冷卻水進出口端，實現(xiàn)對密封腔室(24)內(nèi)實驗數(shù)據(jù)的采集和實時調(diào)控；蒸汽通入法蘭(32)、冷卻水穿透件(33)、電源穿透件(35)和熱電偶穿透件(36)安裝于密封腔室(24)的側壁上，蒸汽通入法蘭(32)實現(xiàn)與蒸汽流量計(9)的連接；

所述的可視化系統(tǒng)包括密封腔室(24)頂部和左右兩側開設有光學視窗、深入式觀察鏡筒和高速攝像機(3)；光學視窗分別為俯拍視窗(30)、右上視窗(31)、右下視窗(34)、左上視窗(37)和左下視窗(38)；高速攝像機(3)正對于左側和頂部的光學視窗，配合深入式觀察鏡筒同時實現(xiàn)側拍和俯拍密封腔室(24)內(nèi)的實驗樣品(26)表面冷凝形態(tài)；所述的實驗樣品(26)的待冷凝或結霜表面通過夾具固定于光學視窗附近，便于觀察實驗現(xiàn)象；

所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)包括蒸汽閥(8)、蒸汽流量計(9)、電磁閥(10)、液氣分離器(11)、注液閥(12)、回流管閥(13)、鍋爐測溫熱電偶(14)、鍋爐功率調(diào)節(jié)器(15)和鍋爐(16)，鍋爐測溫熱電偶(14)焊接在鍋爐(16)內(nèi)部，探測鍋爐(16)內(nèi)水溫，鍋爐(16)通過鍋爐功率調(diào)節(jié)器(15)將去離子水加熱并穩(wěn)定在冷凝環(huán)境溫度，鍋爐(16)通過蒸汽管道將產(chǎn)生的蒸汽輸送到密封腔室(24)，蒸汽管道上設置有蒸汽閥(8)、蒸汽流量計(9)和電磁閥(10)，用以控制蒸汽的輸出量；蒸汽管道與液氣分離器(11)相連，液氣分離器(11)通過回流管閥(13)控制與鍋爐(16)構成回路；鍋爐(16)上設有注液閥(12)；

所述的冷卻系統(tǒng)負責將實驗樣品(26)的冷端溫度保持恒定，并使冷凝表面的溫度低于密封腔室(24)環(huán)境中的蒸汽飽和溫度，促使蒸汽在表面冷凝，當表面溫度降至0℃以下時則進行結霜實驗；所述的冷卻系統(tǒng)包括冷卻水泵(17)、冷卻水槽(18)、帕爾貼冷臺(28)和冷卻水蛇形管(29)，帕爾貼冷臺(28)負責將實驗樣品(26)冷卻到指定溫度，帕爾貼冷臺(28)的熱端與冷卻水蛇形管(29)接觸，冷卻水泵(17)將冷卻水從冷卻水槽(18)沿冷卻水循環(huán)管道輸送到冷卻水蛇形管(29)，用于帕爾貼冷臺(28)熱端冷卻；所述的帕爾貼冷臺(28)通過帕爾貼冷臺功率控制器(23)進行控制；

所述的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)負責人機交互，控制整個實驗裝置的參數(shù)處于設定值，包括樣品熱電偶(25)、氣壓儀表、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(22)；樣品熱電偶(25)設置在實驗樣品(26)附近，用于采集冷凝傳熱實驗數(shù)據(jù)，推算傳熱系數(shù)；

所述的氣體供應系統(tǒng)包括高壓氣瓶(1)、減壓閥(2)和氣體流量計(27)，高壓氣瓶(1)提供的氣體在管路中經(jīng)過減壓閥(2)減壓后再經(jīng)過氣體流量計(27)進入密封腔室(24)。