[發(fā)明專利]一種沖擊射流強化換熱特性的離散化測試方法及裝置

有效

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• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112800607B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高明昕;宋華;楊建;關(guān)士學(xué);張月;付麗華;宋棟棟;吳成千
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01N25/20;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務(wù)所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

本發(fā)明提供一種沖擊射流強化換熱特性的離散化測試方法，包括：設(shè)計測試裝置，在換熱表面不同位置的下方設(shè)置測試圓柱，將測試對象離散成各測試點，沖擊射流強化換熱實驗：將測試裝置的上支撐板連帶測試圓柱一起向上移動，使測試圓柱所有部分都高出隔熱材料而與加熱環(huán)境直接接觸，并在上支撐板與支撐套之間設(shè)置檔塊，使上支撐板不在加熱過程滑落；將測試裝置整體放置于加熱爐內(nèi)加熱至所預(yù)設(shè)溫度；打開爐門，在爐內(nèi)將上支撐板連同測試圓柱歸位，并在爐內(nèi)迅速蓋上保溫蓋，將測試裝置置于相應(yīng)位置后，去掉上部保溫蓋，同時迅速開啟射流閥門，并記錄表面溫度；對流換熱系數(shù)計算。適用于大溫差、換熱劇烈的沖擊射流換熱特性離散化研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及沖擊射流傳熱傳質(zhì)研究技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種沖擊射流強化換熱特性的離散化測試方法及裝置。

背景技術(shù)

沖擊射流強化換熱是指利用噴嘴，將具有一定壓力流體(氣體、液體、水霧等)垂直或以一定角度噴射到換熱表面，而實現(xiàn)對沖擊表面的強化加熱或冷卻。沖擊射流一般具有較大沖擊壓力，在換熱表面處流體的流動速度快、邊界層薄，可以獲得很大換熱能力，是一種極其有效的強化傳熱方法。另外，沖擊射流強化換熱具有換熱強度可控性好的特點(通過調(diào)節(jié)射流壓力、射流距離、射流角度以及射流布局方式等參數(shù)可以有效的控制其冷卻強度)。因此，沖擊射流強化傳熱得到了廣泛的應(yīng)用，如電子元器件冷卻、如紙張干燥、玻璃熱處理、連鑄二冷射流冷卻、超快冷技術(shù)，鋼軌軌頭風(fēng)冷淬火、水霧淬火等領(lǐng)域。

沖擊射流強化換熱的換熱特性研究是其更好應(yīng)用到生產(chǎn)實踐的前提條件。而沖擊射流強化換熱特性與很多因素有關(guān)，如比如噴嘴形狀、噴射表面粗糙度、噴射距離、噴射壓力、噴射介質(zhì)、噴嘴間距、多股射流間干涉等。另外，射流沖擊到換熱面后的壓力、速度、方向都發(fā)發(fā)生了劇烈的變化，導(dǎo)致?lián)Q熱表面不同位置的換熱強度也會不同。因此，沖擊射流強化換熱規(guī)律和特性的研究一直是傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域的研究熱點。

沖擊射流強化換熱界面某位置的換熱強烈強度一般用努賽爾數(shù)(簡稱Nu)來表征，Nu是流體力學(xué)以及傳熱學(xué)中的一個無量綱數(shù)，計算式為式中L為傳熱面的幾何特征長度；k為靜止流體的導(dǎo)熱系數(shù)；h為流體的表面對流換熱系數(shù)，表征流體與固體表面之間的換熱能力。h的物理意義為物體表面與附近空氣溫差1℃，單位時間(1秒)、單位面積上通過對流與附近空氣交換的熱量，是沖擊射流強化換熱特性研究中獲取難度較大而又不可缺少的一個參數(shù)，計算式為式中q為單位面積的固體表面與流體之間在單位時間內(nèi)交換的熱量，稱作熱流密度；t_w、t_∞分別為固體表面和流體的溫度。

現(xiàn)有技術(shù)研究沖擊射流換熱特性的直接測定方法主要有穩(wěn)態(tài)實驗法和瞬態(tài)實驗法。

1)穩(wěn)態(tài)實驗法：是指對換熱工件通電加熱或在底部給定持續(xù)外加已知熱量的熱源，表面持續(xù)沖擊射流換熱，即在表面射流換熱的同時給工件持續(xù)提供熱量，使提供的熱量和射流帶走的熱量達到一個穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，進而可以通過已知輸入的熱量值q以及測量的換熱界面的溫度值來計算得到對流換熱系數(shù)。穩(wěn)態(tài)法具有對對邊界條件、外界環(huán)境等實驗條件要求苛刻、試驗周期長、誤差大的缺點，只能適用于小溫差且換熱不劇烈的，可以達到穩(wěn)定狀態(tài)的工況，一些工況如超音速噴風(fēng)沖擊射流、超快冷沖擊射流換熱、高溫差沖擊射流換熱(溫差大于400℃)等，采用穩(wěn)態(tài)方法無法實現(xiàn)實驗過程的穩(wěn)定狀態(tài)，只能通過瞬態(tài)法實現(xiàn)。