一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置的製作方法

2023-05-25 04:56:56 2

本發明涉及液固兩相流技術領域，尤其是涉及一種研究液固兩相脈動流換熱特性的實驗裝置。

背景技術：

脈動流在某些特殊的領域(例如生物醫學中的血液流動)具有極其重要的研究價值，以前的學者為了簡化研究過程，都是將其視為單相流體的流動。但由於血液中含有的紅細胞、白細胞、血小板等微粒，很顯然其流態為液固兩相流。

液固兩相流是工業生產中一種重要的流態，但由於其數學描述方程十分複雜，因此很多研究者都是藉助實驗裝置提出經驗或半經驗公式。特別是近年來進行的納米流體的研究，極大的豐富了液固兩相流的研究內容。

但是目前對於液固兩相脈動流的研究，特別是微米級固體粒子的兩相脈動流動換熱的實驗研究及實驗裝置都較少。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明提出一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置。

本發明採用下述技術方案實現：

一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置，包括管側流體恆溫水浴、殼側流體恆溫水浴、儲液桶、攪拌器、蠕動泵、石英玻璃管、毛細不鏽鋼管、循環水泵、離心泵、變頻器、差壓變送器、數據採集板和計算機；儲液桶浸入管側流體恆溫水浴，儲液桶出液口通過設置蠕動泵和熱電偶一的管路連接毛細不鏽鋼管入口，毛細不鏽鋼管整體穿過石英玻璃管，毛細不鏽鋼管出口通過設置熱電偶二、流量計一和循環水泵的管路連接儲液桶回液口；石英玻璃管出液口通過設置殼側流體恆溫水浴、離心泵和流量計二的管路連接石英玻璃管回液口，石英玻璃管出液口安裝熱電偶四，石英玻璃管回液口安裝熱電偶三；毛細不鏽鋼管位於石英玻璃管內的進液側和出液側分別連接差壓變送器，差壓變送器連接變頻器，熱電偶一、熱電偶二、電偶三、熱電偶四、流量計一、流量計二和差壓變送器通過數據採集板上傳至計算機，計算機控制變頻器。

所述一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置儲液桶內設置攪拌器實現液、固兩相工質的充分混合。

所述一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置，所述石英玻璃管兩端通過氯丁橡膠塞密封固定。

所述一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置，毛細不鏽鋼管入口處為漸縮結構，毛細不鏽鋼管出口處為漸擴結構。

所述一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置，殼側流體恆溫水浴為實驗段中管側流體的換熱提供外部環境，其循環水路裝有離心泵和變頻器。

本發明的有益效果是：

1、本發明一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置，由於儲液桶內攪拌器的攪拌作用，使得進入蠕動泵的液固兩相流充分混合。

2、本發明一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置，通過調整蠕動泵的輸出頻率，可以模擬不同脈動工況情形，擴大了實驗裝置的實驗範圍。

3、本發明一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置，實驗段主體為透明結構，可以隨時觀測殼體流體的流動狀況，實現實驗過程的可視化。

4、本發明一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置，實驗段主體毛細不鏽鋼管的入口處為漸縮結構，能提高工質的流速，增強流體的換熱；其出口處為漸擴結構，形成渦流，從而流體充分混合，測得的溫度接近流體截面平均溫度。

5、本發明一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置，根據工質側的換熱要求，可調整循環水側的變頻器，進而改變循環水側的離心泵轉速，實現循環水的流量調節。

附圖說明

圖1：本發明實施例所述的一種液固兩相脈動流換熱特性實驗裝置系統原理圖。

圖中：1為管側流體恆溫水浴，2殼側流體恆溫水浴，3為儲液桶，4為攪拌器，5為蠕動泵，6為石英玻璃管，7為毛細不鏽鋼管，8為循環水泵，9為離心泵，10為變頻器，11為差壓變送器，12為流量計，13為熱電偶，14為數據採集板，15為計算機。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。

如圖1所示，本實施例包括兩個恆溫水浴(管側流體恆溫水浴1和殼側流體恆溫水浴2)、儲液桶3、攪拌器4、蠕動泵5、實驗段主體(石英玻璃管6和毛細不鏽鋼管7)、循環水泵8、離心泵9、變頻器10、差壓變送器11、流量計一12-1、流量計二12-2、熱電偶一13-1、熱電偶二13-2、電偶三13-3、熱電偶四13-4、數據採集板14、計算機15等。儲液桶浸入管側流體恆溫水浴，儲液桶出液口通過設置蠕動泵和熱電偶一的管路連接毛細不鏽鋼管入口，毛細不鏽鋼管整體穿過石英玻璃管，毛細不鏽鋼管出口通過設置熱電偶二、流量計一和循環水泵的管路連接儲液桶回液口；石英玻璃管出液口通過設置殼側流體恆溫水浴、離心泵和流量計二的管路連接石英玻璃管回液口，石英玻璃管出液口安裝熱電偶四，石英玻璃管回液口安裝熱電偶三；毛細不鏽鋼管位於石英玻璃管內的進液側和出液側分別連接差壓變送器，差壓變送器連接變頻器，熱電偶一、熱電偶二、電偶三、熱電偶四、流量計一、流量計二和差壓變送器通過數據採集板上傳至計算機，計算機控制變頻器。儲液桶3浸放於管側流體恆溫水浴1，其出口端連接蠕動泵5；隨後形成脈動流的工質進入實驗段主體；殼側流體恆溫水浴2為實驗段中管側流體的換熱提供外部環境，其循環水路裝有離心泵9和變頻器10；換熱後的工質通過循環水泵8返回儲液桶3；差壓變送器11、流量計12、熱電偶13等信號通過數據採集板14連接於計算機15，計算機15可根據需要調控變頻器10。

液固流體在攪拌器4的作用下，實現液、固兩相工質的充分混合，並與管側流體恆溫水浴1換熱達到預設溫度後，流入蠕動泵5；根據實驗要求，調整蠕動泵5輸出功率，使液固兩相流體形成穩定的脈動流；實驗段主體毛細不鏽鋼管7的入口處為漸縮結構，能提高工質的流速，增強流體的換熱，其出口處為漸擴結構，形成渦流，從而流體充分混合，測得的溫度接近流體截面平均溫度；工質流出實驗段後，在循環水泵8的作用下返回到儲液桶3，完成工質側的閉環循環；實驗段主體部分的換熱是通過安裝在殼側流體恆溫水浴2提供外部環境實現的，並且其循環水路裝有離心泵9和變頻器10，計算機15控制變頻器10；根據工質側對換熱環境的要求，可調整循環水路的變頻器10，進而改變循環水路的離心泵9轉速，實現循環水的流量調節；另外，在實驗段主體部分的工質側入口和出口分別設置熱電偶一和熱電偶二、循環水側入口和出口分別設置熱電偶三和熱電偶四，差壓變送器11分別連接工質側入口和出口，工質出口與循環水泵之間設置流量計一，離心泵與循環水入口之間設置流量計二，熱電偶一、熱電偶二、電偶三、熱電偶四、流量計一、流量計二和差壓變送器通過數據採集板14上傳至計算機15，實現實驗過程的實時監控與調整。

以上實施方式僅用以說明本發明而並非局限於本發明所描述的技術方案，但本發明不局限於上述具體實施方式，任何對本發明進行修改或等同替換，而與本發明的基本原理相似的設備及方案，均在本發明的保護範圍之內。