[發(fā)明專利]低溫噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910038823.6
• 申請(qǐng)日: 2019-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN109682412A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙可;秦靜;蔣彥龍;余陽梓;張振豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/00
• 分類號(hào): G01D21/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種低溫噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，

該實(shí)驗(yàn)裝置包括噴霧腔（22）；噴霧腔（22）外層由內(nèi)向外依次設(shè)置預(yù)冷通道（15）、真空層（14）、保溫層（13）；所述預(yù)冷通道（15）內(nèi)壁設(shè)置有使噴霧腔（22）和預(yù)冷通道（15）相通的入口，預(yù)冷通道（15）外壁設(shè)置有出口，出口通過管道依次穿過上述真空層（14）和上述保溫層（13）與外部真空泵（19）連接；

上述噴霧腔（22）內(nèi)安裝有噴嘴（17）和熱沉（18）；噴嘴（17）位于噴霧腔（22）水平方向中心，熱沉（18）位于其正下方；噴霧腔（22）內(nèi)部還安裝有溫度傳感器（21）、壓力傳感器（3）、光源（20）、高速攝像機(jī)（16）和數(shù)據(jù)采集器（12）；數(shù)據(jù)采集器（12）與溫度傳感器（21）、壓力傳感器（3）以及高速攝像機(jī)（16）連接；

該實(shí)驗(yàn)裝置還包括高壓氮?dú)馄浚?）；高壓氮?dú)馄浚?）出口通過減壓閥（2）、壓力傳感器（3）后分別連接排空旁路（7）和液氮管路（9）兩個(gè)支路；兩個(gè)支路合并后與液氮池（10）入口連接；所述排空旁路（7）上設(shè)置截止閥（4），所述液氮管路（9）上依次設(shè)置截止閥（4）、液氮杜瓦罐（5）、低溫電磁閥（8）；所述液氮池（10）出口經(jīng)過流量計(jì)（11）后連接上述噴霧腔（22）內(nèi)部的噴嘴（17）；所述流量計(jì)（11）與噴嘴（17）之間的管道依次穿過保溫層（13）、真空層（14）、預(yù)冷通道（15）；上述液氮杜瓦罐（5）頂部接有泄壓閥（6）和壓力傳感器（3）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述噴嘴（17）上方設(shè)有溫度傳感器（21）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述熱沉（18）高度可調(diào)，熱沉（18）頂面材料為紫銅，距熱沉（18）頂面1mm處設(shè)有溫度傳感器（21），用于測(cè)量熱沉表面溫度，熱沉頂面面積1 cm²。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)裝置的方法，其特征在于包括以下過程：

在實(shí)驗(yàn)開始前，除泄壓閥（6）之外所有閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)；

步驟一，首先開啟光源（20）和高速攝像機(jī)（16），調(diào)整噴霧腔（22）內(nèi)噴嘴（17）距熱沉（18）頂面的距離，固定噴嘴高度，依次打開減壓閥（2）和排空旁路（7）的截止閥（4），使氮?dú)庖来瓮ㄟ^排空旁路（7）、液氮池（10）、流量計(jì)（11）、噴嘴（17）進(jìn)入噴霧腔（22）內(nèi)部，從而排除噴霧腔（22）內(nèi)的空氣；

步驟二，啟動(dòng)真空泵（19），維持噴霧腔（22）內(nèi)壓力在1 MPa附近，持續(xù)排空過程至噴霧腔（22）內(nèi)空氣完全置換成氮?dú)猓?/p>

步驟三，關(guān)閉排空旁路（7）上的截止閥（4），開啟液氮管路（9）上的截止閥（4）和低溫電磁閥（8），使液氮杜瓦罐（5）內(nèi)的液氮在高壓氮?dú)獾淖饔孟屡湃胍旱苈罚?），液氮先經(jīng)過液氮池（10）預(yù)冷至78 K附近，通過流量計(jì)（11）測(cè)量液氮進(jìn)入噴嘴（17）時(shí)的體積流率，記錄體積流率及噴嘴入口溫度；

步驟四，為防止液氮經(jīng)噴嘴噴出后直接氣化，無法以液滴的形式撞擊熱沉（18）頂面進(jìn)行換熱，必須先向噴霧腔（22）內(nèi)噴射液氮，降低噴霧腔（22）內(nèi)部環(huán)境溫度，待熱沉（18）頂面溫度降至80 K左右，噴霧腔（22）內(nèi)壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力時(shí)，記錄噴霧腔內(nèi)（22）壓力及溫度；

步驟五，逐漸增加熱沉（18）的加熱功率，直至熱沉（18）頂面出現(xiàn)干涸，每次提高加熱功率后要有足夠時(shí)間確保溫度穩(wěn)定，并記錄功率值及溫度；

步驟六，當(dāng)熱沉（18）頂面出現(xiàn)干涸，加熱功率開始隨著熱沉（18）頂面溫度的增加而降低，為了防止燒毀設(shè)備，需及時(shí)關(guān)閉熱沉（18）加熱的電源，保持噴霧系統(tǒng)工作，直至熱沉（18）頂面的溫度回落至80 K時(shí)，停止數(shù)據(jù)記錄，并關(guān)依次閉減壓閥（2）、液氮管路（9）的截止閥（4）和低溫電磁閥（8）。