[發明專利]一種橫向非均勻間接加熱矩形通道流動換熱特性試驗裝置

有效

• 申請號: 201910548280.2
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110261431B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 張大林;宋功樂;孫汝雷;周健成;田文喜;蘇光輝;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/18;G01M99/00;G01M10/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種橫向非均勻間接加熱矩形通道流動換熱特性試驗裝置，其特征在于：所述試驗裝置總體呈長方形軸對稱結構，包括流道本體模塊、功率加載模塊和夾裝固定模塊；所述流道本體模塊由圓柱形進口接管(1-1)、進口卡套(1-2)、進口縮徑接管(1-3)、矩形流道單元(1-4)、出口擴徑接管(1-5)、出口卡套(1-6)和圓柱形出口接管(1-7)組成，其中進口卡套(1-2)分別與圓柱形進口接管(1-1)和進口縮徑接管(1-3)通過螺紋連接和密封；同樣的，出口卡套(1-6)分別與圓柱形出口接管(1-7)和出口擴徑接管(1-5)通過螺紋連接和密封，進口縮徑接管(1-3)和出口擴徑接管(1-5)與矩形流道單元(1-4)通過焊接方式連接；矩形流道單元(1-4)上游距離入口L1距離位置處設置有進口測壓管嘴(1-8)和進口測溫卡套(1-10)，同理，矩形流道單元(1-4)下游距離出口L2距離位置處設置有出口測壓管嘴(1-9)和出口測溫卡套(1-11)，進口測壓管嘴(1-8)和出口測壓管嘴(1-9)分別連接進口壓力變送器和出口壓力變送器，并在進口測壓管嘴(1-8)和出口測壓管嘴(1-9)之間連接壓差傳感器；進口測溫卡套(1-10)和出口測溫卡套(1-11)分別連接測溫熱電偶；通過上述進口壓力變送器、出口壓力變送器、壓差傳感器和測溫熱電偶對試驗過程中的壓力、壓差和進出口流體溫度進行監視測量，為橫向非均勻加熱矩形通道流動換熱特性試驗提供總體熱工參數數據指標；

所述功率加載模塊由若干電加熱元件(2-1)、AlN陶瓷基片(2-2)、導熱銅塊(2-3)和氧化鋁陶瓷板(2-4)組成，其中每一組電加熱元件(2-1)、AlN陶瓷基片(2-2)和導熱銅塊(2-3)長、寬尺寸一致，組成一個三明治式加熱單元，AlN陶瓷基片(2-2)居中，并在其兩個表面涂覆導熱涂料，降低表面接觸熱阻；多組加熱單元對稱布置在矩形流道單元(1-4)上下兩個加熱表面上，導熱銅塊(2-3)接觸矩形流道單元(1-4)一側，且相鄰三明治式加熱單元之間間隔微小空氣隙，阻斷熱量的橫向傳導；電加熱元件(2-1)兩端銀焊有電連接端子，電連接端子與外部供電模塊的輸出端子連接；通過調節每個電加熱元件(2-1)的電流實現橫向上不同的加熱功率分布；所述AlN陶瓷基片(2-2)為高純氮化鋁原料精加工而成的薄片，放置在三明治式加熱單元中間起到良好導熱和電絕緣的作用；所述導熱銅塊(2-3)將電加熱元件(2-1)產生的焦耳熱均勻化后傳導至矩形流道單元(1-4)表面上；導熱銅塊(2-3)沿長度方向每隔預設距離開設有狹窄的空氣隙(4-2)，其作用是阻斷加熱熱流沿著軸向方向的熱傳導；同時沿導熱銅塊(2-3)深度方向上間隔預設距離開設有兩排平行的熱電偶測溫孔(4-1)，通過放置在兩排不同高度熱電偶測溫孔(4-1)里面的熱電偶測量得到的溫度數據根據傅里葉導熱定律計算得到實際傳導到矩形流道單元(1-4)表面上的加熱熱流；所述氧化鋁陶瓷板(2-4)放置在電加熱元件(2-1)外側用來和夾裝固定模塊絕緣；

所述試驗裝置的夾裝固定模塊由上蓋板(3-1)、下蓋板(3-2)、側擋板(3-4)、側支撐板(3-3)、定位螺栓(3-5)以及支撐固定支架(3-6)組成；其中，上蓋板(3-1)、下蓋板(3-2)對稱放置在氧化鋁陶瓷板(2-4)外側；側擋板(3-4)左右對稱放置在矩形流道單元(1-4)的兩個窄邊外側，并在側擋板(3-4)的外側布置側支撐板(3-3)；上蓋板(3-1)、下蓋板(3-2)和側支撐板(3-3)兩側對稱鉆有若干螺栓孔，并通過定位螺栓(3-5)進行組裝，方便拆卸。

2.根據權利要求1所述的一種橫向非均勻間接加熱矩形通道流動換熱特性試驗裝置，其特征在于：所述試驗裝置外表面整體包覆有硅酸鋁保溫層，以及纏繞在硅酸鋁保溫層外的玻璃絲布，粘貼在玻璃絲布外的鋁箔紙。

3.根據權利要求1所述的一種橫向非均勻間接加熱矩形通道流動換熱特性試驗裝置，其特征在于：使用穩壓直流電源作為與電加熱元件(2-1)相連接的外部供電模塊，輸出功率穩定易控，避免電磁干擾對測量元件的影響。