[發明專利]一種微重力流動沸騰臨界熱流密度的地面模擬實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201910584315.8
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110320230B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 魏進家;劉斌;張永海;袁博
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N25/12
• 分類號: G01N25/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

1.一種微重力流動沸騰臨界熱流密度的地面模擬實驗裝置，其特征在于，包括測試管(5)，測試管(5)與水平面之間的夾角為0-360°可調，測試管(5)的入口端通過流量調節閥(4)連接至流量計(3)，流量計(3)的入口端連接至泵(1)，泵(1)的入口端連接至冷凝器(9)，冷凝器(9)的入口端連接至預熱器(8)，預熱器(8)的入口端連接至用于存儲流體介質的緩沖罐(6)，緩沖罐(6)的入口端連接至測試管(5)的出口端，泵(1)上連接有轉速調節器(2)，緩沖罐(6)上連接有穩壓裝置(7)；測試管(5)的內壁設置有用于測量流體介質溫度的第一溫度傳感器(14)，第一溫度傳感器(14)連接至溫度控制器(12)，溫度控制器(12)的輸出端連接至冷凝器(9)，測試管(5)的內壁還設置有與測試管內壁貼合的加熱面(11)，加熱面(11)通過能夠連續調節輸出功率的電源(10)供電，第一溫度傳感器(14)的測點位于加熱面(11)的上游，加熱面(11)上設置有用于測量加熱面溫度的第二溫度傳感器(15)，第二溫度傳感器(15)連接至溫度采集器(13)，使用時，微重力的臨界熱流密度根據常重力條件下加熱面與水平面之間夾角為135°布置和315°布置時對應的臨界熱流密度區間來近似。

2.根據權利要求1所述的一種微重力流動沸騰臨界熱流密度的地面模擬實驗裝置，其特征在于，測試管(5)的橫截面為矩形或圓形。

3.根據權利要求1所述的一種微重力流動沸騰臨界熱流密度的地面模擬實驗裝置，其特征在于，電源(10)為直流電源或交流電源。

4.根據權利要求1所述的一種微重力流動沸騰臨界熱流密度的地面模擬實驗裝置，其特征在于，測試管(5)與水平面之間的夾角為0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°或360°。

5.一種微重力流動沸騰臨界熱流密度的地面模擬實驗方法，采用權利要求1-4任一項所述的一種微重力流動沸騰臨界熱流密度的地面模擬實驗裝置，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：設置微重力條件下需要預測的流動沸騰臨界熱流密度的實驗工況；

步驟二：將加熱面(11)按照與水平面之間夾角為135°布置，測量在地面上的臨界熱流密度值A；

步驟三：將加熱面(11)按照與水平面之間夾角為315°布置，測量在地面上的臨界熱流密度值B；

步驟四：將步驟二得到的臨界熱流密度值A和步驟三得到的臨界熱流密度值B組成一個閉區間，微重力條件下需要預測的流動沸騰臨界熱流密度即位于此閉區間內。

6.根據權利要求5所述的一種微重力流動沸騰臨界熱流密度的地面模擬實驗方法，其特征在于，步驟一中實驗工況包括：測試管中流體介質的溫度、測試管中流體介質的流速、測試管橫截面形狀及尺寸、測試管內壓力以及加熱面尺寸。

7.根據權利要求6所述的一種微重力流動沸騰臨界熱流密度的地面模擬實驗方法，其特征在于，測試管中流體介質的溫度低于流體介質的飽和溫度，測試管中流體介質的流速為0.5m/s-2m/s，測試管橫截面形狀為矩形，測試管橫截面尺寸為12mm×(3-5)mm，測試管內壓力為一個大氣壓，加熱面長度為1-4cm。

8.根據權利要求6所述的一種微重力流動沸騰臨界熱流密度的地面模擬實驗方法，其特征在于，步驟二和步驟三中測量臨界熱流密度值的方法具體為：逐步增大電源電壓來增大電源功率，在每一個功率下判斷臨界熱流密度是否發生，若臨界熱流密度發生，則根據該功率點的上一功率點計算臨界熱流密度值；若臨界熱流密度未發生，則繼續增大電源功率，直至臨界熱流密度發生并計算臨界熱流密度值。

9.根據權利要求8所述的一種微重力流動沸騰臨界熱流密度的地面模擬實驗方法，其特征在于，判斷臨界熱流密度是否發生的條件為：溫度采集器采集的溫度在2s內升高30℃時，則確定為臨界熱流密度發生，否則確定為臨界熱流密度未發生。