[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

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,該試驗裝置主要由流道本體模塊、功率加載模塊和夾裝固定模塊組成，本試驗裝置可以通過方便的調節各個電加熱元件的輸出功率，根據研究需要實現不同形式的橫向熱流分布，便于開展矩形窄縫流道在橫向非均勻熱流工況下流動換熱特性試驗，研究不同壓力、溫度、流量和橫向熱負荷分布等熱工參數以及相應幾何參數對流動換熱特性的影響；此外，本試驗裝置設計有堅固的承壓保護殼體及安裝固定支架，確保試驗裝置可以在寬廣的熱工參數(壓力、流量等)范圍內運行，滿足不同工程實際應用背景下的試驗工況要求。

技術領域

本發明屬于能源動力工程領域熱工流體實驗研究技術領域，具體涉及一種間接模擬橫向(垂直流體流動方向)非均勻釋熱對矩形通道內流動傳熱特性影響的試驗裝置。

背景技術

窄縫通道強化傳熱技術作為一種新型的強化傳熱方法，它具有溫差小、換熱效率高、結構緊湊等優點，是近年來非常熱門的一個研究領域。諸多實驗和理論研究均發現當窄縫寬度小于3mm時，沸騰處于聚合氣泡區，換熱能力相對其他尺度通道得到顯著強化，并且換熱系數隨著窄縫尺寸減小而進一步增大。同時，窄縫通道結構元件通常還具有結構緊湊，換熱效率高的特點，運用在高熱流密度的換熱裝置中具有得天獨厚的優勢。矩形窄縫通道由于具有表面加工和處理工藝簡單，換熱表面光滑程度容易得到保障，并在通道內高速流體沖刷下不易產生雜質沉淀而污染換熱表面使傳熱惡化等優點，在工程中得到了更為廣泛的應用。

微電子領域是最早采用狹小空間流動與換熱的工程領域，特別是當前隨著超大規模集成電路的飛速發展，使得電路芯片單位表面積上產生的熱流密度急劇增加，窄縫通道強化傳熱技術為電子元器件的有效冷卻、保證其可靠工作提供了基本保障；在航空航天領域，由于其工作環境惡劣，而且有體積小、重量輕、可靠性高等要求，對電子集成度和熱控制提出了很高的要求，窄通道結構元件也得到了廣泛應用；在核反應堆工程領域，制作高轉換反應堆、液態金屬冷卻堆、高熱流密度研究堆的核心元件時經常使用窄縫形狀流道。

目前國內外學者對矩形結構通道內的流動與傳熱特性開展了大量卓有成效的研究工作，但是幾乎全部是基于等壁溫或等熱流邊界條件。然而在實際工程應用中，由于可能受到各種外部復雜環境或者極端運行工況的影響，矩形流道受熱面有時不得不運行在非均勻熱負荷環境中，此時，通道內工質的流動與換熱特性將可能會偏離正常運行工況，尤其是涉及相變介質的流動傳熱問題，在非均勻熱負荷下，可能會加劇相變介質在橫向方向上的遷移和交混，從而造成其內部流動和換熱規律與常規情況下有所差異，由此導致的差異性對于設備和系統的安全運行至關重要，因此合理設計具有橫向非均勻加熱條件的試驗測試裝置，開展非均勻熱負荷下的流動與換熱特性相關的基礎理論研究，具有重要的理論價值和工程指導意義。

中國專利申請公布號CN107945895A公開了一種非均勻電加熱的核燃料模擬棒。該模擬棒體結構組成主要包括鎳棒、加熱段、銅片、陶瓷件、熱電偶、鎳管、銅管等；加熱段是一根變內徑的金屬管，鎳棒、加熱段、鎳管和銅管從上到下依次釬焊連接，成為一根外徑不變的金屬棒體；加熱段內部具有陶瓷層，利用熱電偶通過銅片時時監測相應位置陶瓷層的溫度，降低試驗段燒毀的風險。但是，其研究對象是針對圓柱形的核燃料棒，并應用于核燃料組件的臨界熱流實驗研究中，難以推廣到工程應用中普遍采用的矩形通道中去；其次，其設計思想來源于核燃料棒軸向非均勻釋熱，而非橫向非均勻熱效應。因此，該模擬裝置及其試驗方法無法應用到橫向非均勻加熱矩形通道流動換熱特性實驗研究中。