[發明專利]一種超重力下流動沸騰臨界熱流實驗裝置

有效

• 申請號: 201910231603.5
• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號: CN110044953B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 許玉;楊超;熊心悅;胡藝凡;閆子豪;莫奇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01J5/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種超重力下流動沸騰臨界熱流實驗裝置，主要用于測量超重力下流動沸騰的臨界熱流密度，包含流體循環模塊、臨界熱流測量模塊和超重力模擬平臺，流體循環模塊固定于超重力模擬平臺上。通過調節電機頻率和實驗管道布置方式實現不同大小和方向的超重力。通過直接通電方式為實驗管道加熱，通過儲液罐內加熱器調控系統壓力，通過泵調控流量。實驗時，當壓力、流量、干度或溫度達到設定值后，緩慢增大實驗管道加熱功率，直至達到CHF，切除電加熱，然后增大超重力，重復實驗。本發明實現了超重力下流動沸騰CHF的準確測量，可獲得不同超重力大小和方向時的CHF及其對應的溫度，可用于探究超重力下CHF的發生機制。

技術領域

本發明涉及飛行器環境控制技術領域，涉及相變換熱和干涸等問題，尤其涉及一種超重力下流動沸騰臨界熱流實驗裝置。

背景技術

隨著現代高性能戰機電子設備熱載荷的不斷增加，傳統的空氣循環制冷技術已無法滿足電子設備的冷卻需求。流動沸騰作為一種相變傳熱技術，是解決這一難題的有效途徑。由于戰機的許多機動飛行都處于超重力下，例如四代機的正常飛行過載為9g，未來高超聲速飛行器的正常飛行過載可達15g，這就提出了對超重力下流動沸騰技術的需求。臨界熱流密度（CHF）是流動沸騰中的一個重要問題。當發生臨界熱流現象時，傳熱急劇惡化，進而導致壁面溫度迅速上升，甚至燒毀。溫度升高同時意味著電子設備的可靠性降低，這對戰機的效能和安全非常不利。因而，亟需開展超重力下流動沸騰CHF研究。

現有研究表明，重力對管內流動沸騰特性影響顯著。文章（H. Ohta, S. Baba,Boiling experiments under microgravity conditions, Exp. Heat Transfer, 26(2013) 266-295.）指出2g重力下的氣泡直徑遠小于微重力下的。文章（H. Zhang, I.Mudawar, M.M. Hasan, Application of flow boiling for thermal management ofelectronics in microgravity and reduced-gravity space systems, IEEE Trans.Compon. Packag. Technol., 32 (2009) 466-477.）表明常重力下CHF發生時存在波狀流、泡狀流和分層流等多種流態，而微重力下只有波狀流一種，比常重力時簡單。由此推論，超重力下流動沸騰CHF將與常重力下的顯著不同，有其特殊規律。目前，超重力下流動沸騰的相關研究仍處于起步階段，準確測量CHF，研究CHF發生機制十分必要且意義重大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對超重力下流動沸騰的臨界熱流問題，提供一種切實可行的CHF實驗測量裝置。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種超重力下流動沸騰臨界熱流實驗裝置，包含流體循環模塊、臨界熱流測量模塊和超重力模擬平臺；

所述流體循環模塊包含儲液罐、過冷器、過濾器、泵、流量計、預熱管道、實驗管道、冷凝器、閥、液位計、加熱器、預熱管道直流電源、加熱絲、實驗管道直流電源、負電極、正電極、第一壓力傳感器、第一熱電偶、第二壓力傳感器、第二熱電偶、壓差傳感器、第三熱電偶、第四熱電偶和第三壓力傳感器；

所述儲液罐的出口、過冷器、過濾器、泵的入口依次管道相連；所述泵的出口、流量計、預熱管道、實驗管道、冷凝器、閥、儲液罐的入口依次管道相連；