[發(fā)明專利]可視化低溫流體靜止蒸發(fā)試驗系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210100681.3
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114485823A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 黃永華;左忠琪;吳靜怡;張亮;汪彬;李鵬;耑銳;張浩
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01F1/76
• 分類號: G01F1/76;G01K13/00;G01K13/02;G01K13/024
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種可視化低溫流體靜止蒸發(fā)試驗系統(tǒng)，包括：密封設置于外罩內的實驗腔室和換熱器以及位于外罩外部的質量流量計，實驗腔室內設有多個溫度計，其底部通過波紋管與換熱器相連，其頂部與質量流量計和換熱器依次連接以排出蒸發(fā)的低溫流體；本發(fā)明能夠在滿足可視化和精細化要求下，完整且準確地測試低溫流體靜態(tài)蒸發(fā)過程的測試系統(tǒng)。

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種低溫流體相變領域的技術，具體是一種可視化低溫流體靜止蒸發(fā)試驗系統(tǒng)。

背景技術

現(xiàn)有裝置較難測量靜止蒸發(fā)的低溫流體界面附近的熱物理參數(shù)，故尚不存在能夠對低溫流體靜態(tài)蒸發(fā)過程進行精細化測量和可視化觀測的試驗方案，這極大地阻礙了低溫流體相關理論的發(fā)展和相關技術的優(yōu)化。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術無法對低溫流體氣液界面的位置精確控制和調整、無法對相界面附近極薄區(qū)域內的溫度進行高響應速率的測量的缺陷，提出一種可視化低溫流體靜止蒸發(fā)試驗系統(tǒng)，能夠在滿足可視化和精細化要求下，完整且準確地測試低溫流體靜態(tài)蒸發(fā)過程的測試系統(tǒng)。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明包括：密封設置于外罩內的實驗腔室和換熱器以及位于外罩外部的質量流量計，其中：實驗腔室內設有多個溫度計，其底部通過波紋管與換熱器相連，其頂部與質量流量計和換熱器依次連接以排出蒸發(fā)的低溫流體。

所述的換熱器將全部來自進氣管的低溫流體蒸氣液化并形成低溫流體液滴，低溫流體液滴在重力作用下由換熱器底部的出口流出，并經由連接用波紋管返回實驗腔室。

所述的排出蒸發(fā)的低溫流體流經排氣管、質量流量計、進氣管、換熱器和波紋管后返回實驗腔室，低溫流體在系統(tǒng)中的循環(huán)確保觀測的低溫流體氣液界面保持位置穩(wěn)定，使得測量的溫度場更加準確。

所述的實驗腔室的外部設有與換熱器相連的恒溫冷屏，用于形成測試系統(tǒng)的熱邊界實現(xiàn)溫度的連續(xù)變化，該恒溫冷屏與換熱器之間通過導熱銅帶搭接；利用換熱器和恒溫器中低溫流體為恒溫冷屏提供冷量。

所述的恒溫冷屏上設有電加熱膜，通過通電加熱向恒溫冷屏提供熱量。

所述的換熱器上設有恒溫器，該恒溫器在測試時內置低溫流體。

所述的多個溫度計包括：設置于實驗腔室內不同高度的三個溫度計，第一溫度計設置在實驗腔室頂部，用于檢測實驗腔室內低溫氣體的溫度；第二溫度計設置在實驗腔室中部，用于檢測實驗腔室內低溫氣液界面的溫度；第三溫度計設置在實驗腔室底部，用于檢測實驗腔室內低溫液體的溫度。

所述的第一溫度計、第二溫度計、第三溫度計測量探頭直徑小于50微米，通過線徑50微米的E型熱電偶來盡量減少測量對當?shù)販囟群退俣鹊母蓴_。

所述的密封設置，通過設置于外罩頂部的端蓋法蘭和設置于外罩上的抽真空口實現(xiàn)。

所述的外罩上設有透明視窗，其中：第一視窗設置在密閉腔室壁面靠近實驗腔室處，第二視窗設置在第一視窗對側。第一視窗的外側與密閉腔室外罩平齊。恒溫冷屏在沿第一視窗和第二視窗形成的光路上開有孔洞。孔洞形狀為實驗腔室沿光路方向在恒溫冷屏上的投影；第一視窗外設有高倍遠心鏡頭，在第二視窗外設有面光源。

技術效果

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術效果包括：

1、無任何機械運動部件，實現(xiàn)實驗腔室內蒸發(fā)界面的位置精確調控并保持穩(wěn)定，能夠實現(xiàn)穩(wěn)定蒸發(fā)的低溫流體界面附近亞毫米薄層內的溫度和壓力測量。

2、利用高倍遠心鏡頭和面光源實現(xiàn)可視化觀測，能夠滿足獲得靜止低溫流體蒸發(fā)時界面附近的位置信息的需求。

3、使用恒溫冷屏有效避免環(huán)境對實驗腔室的輻射漏熱。利用恒溫冷屏可調節(jié)溫度的特性，能夠滿足不同環(huán)境溫度下低溫流體蒸發(fā)特性的實驗需求。