一种汽化泡热效应的研究装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及液体汽化过程研究装置，尤其涉及一种汽化泡热效应的研究装置。属于流体力学及传热学范畴，实验流体力学技术领域。两根电极通过电极支架悬空固定在水箱的上方并插入到水箱中，两根电极的底端各连接一根铜丝，温度传感器通过支撑固定于两根铜丝的上方，红外传光束安装有物镜和保护玻璃的一端从水箱侧壁的通孔插入水箱中，再将探头保护罩安装到红外传光束上；红外传光束的镜头卡口与高速热成像相机的镜头配合连接；高速相机安装在水箱开设通孔壁面的对面一侧，并与通孔的孔心位于同一平面。本发明专利技术结构简单，使用方便，可快速更换不同的研究液体，调节研究液体的温度，调节生成汽化泡的尺度，实现汽化泡演变过程的形态和温度场的同步采集。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液体汽化过程研究装置，尤其涉及一种汽化泡热效应的研究装置。属于流体力学及传热学范畴，实验流体力学

技术介绍
当一定温度的液体内部局部压力降低到液体饱和蒸汽压时，或者当一定压力的液体内部局部温度升高到液体的沸点时，就会产生汽化现象，同时溶解于液体中的气体也会析出，一同形成汽泡，当汽泡周围的压力升高或者温度降低，泡内的蒸汽重新凝结，汽泡溃灭。这种液体内部汽泡的产生、发展、溃灭，以及由此引发的一系列物理和化学变化过程即为汽化泡的演变过程。汽化泡广泛存在于流体机械、传热传质、能源及航空航天等工程领域。例如，在水力机械、液体火箭发动机与动力机械的燃料供应系统以及火力与核电的回路中，空化是一种十分常见的现象，空化的发生往往会导致机器效率下降并引起振动、噪声和材料表面破坏等问题，严重时会使机器不能正常工作；在燃烧装置与电子器件中，通过沸腾来强化散热效果；也有研究人员利用空化及沸腾这种汽化过程来实现灭菌、制备小分子水、污水处理以及材料表面改性等。汽化泡的演变包含了丰富的物理化学信息，一直以来备受研究人员的关注。液体的汽化过程是一吸热过程，而凝结过程则会放出热量，这就使得汽化泡的演变过程伴随着热量的传递和当地温度的改变，并且这一过程在不同液体介质及不同汽化条件下的剧烈程度也是不一样的。随着汽化过程热效应的增强，当地温度变化对汽化过程的影响以及热边界层对流体动力的影响也越来越显著。目前研究人员对汽化泡温度的测量只是通过单点温度传感器获取，即便布置多个温度传感器也很难反应出完整的温度场信息，进而也捕捉不到热边界层的变化，更无法将热边界层与可视化汽化泡形态进行对比分析。若采用红外热成像技术来采集温度场信息，由于红外热成像的特点，则只能采集到容器表面或者液体表面的温度场而无法获得液体内部汽化泡的温度场。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了在科研中进行汽化泡生成及溃灭过程热效应的研究，提供一种汽化泡热效应的研究装置。该研究装置能实现可视化图像和温度场的同步采集，所获取的试验数据对汽化泡热效应的研究有重要价值，同时还能够便捷地实现研究介质的更换和介质温度的调节。本专利技术是通过下述技术方案实现的。一种汽化泡热效应的研究装置，包括汽化泡生成装置、温度控制系统、数据采集系统。汽化泡生成装置用于生成汽化泡，并为汽化泡的运动提供空间；包括水箱、铜丝、电极、电极支架、电火花控制器，连接关系：水箱为上方敞口的方形水箱；水箱的一面侧壁开设有通孔，可通过密封垫片和密封环对通孔进行密封；电极支架放置于水箱的上方；两根电极通过电极支架悬空固定在水箱的上方并插入到水箱中；两根电极的顶端分别通过电线与电火花控制器连接，电极底端各连接一根铜丝，需保证两根铜丝的非连接端不接触，且位于同一平面上，两根铜丝的底端的间隔距离小于电火花的击穿距离。温度控制系统用于调节研究液体的温度，测量液体或者汽化泡的温度；包括电加热管、电加热管开关、温度传感器、温度采集器，连接关系：电加热管悬浮放置于水箱的液体中；电加热管通过电线与电加热管开关连接；温度传感器悬浮放置于水箱的液体中，用于测量所生成气泡的边界处的温度，温度传感器通过引线与温度采集器连接。数据采集系统用于采集并存储汽化泡生成及溃灭过程的图像和温度场数据；包括红外传光束、高速热成像相机、高速相机、计算机，连接关系：红外传光束通过水箱侧壁的通孔一端放入水箱中，另一端与高速热成像相机连接；红外传光束到两根铜丝的底端连线的中心点的距离不小于电火花所能生成的最大汽化泡的半径；高速热成像相机用于采集汽化泡周围的温度场，高速热成像相机通过数据传输线与计算机连接；高速相机用于拍摄汽化泡的形态；高速相机通过数据传输线与计算机连接；计算机可对高速热成像相机和高速相机进行控制。红外传光束由保护玻璃、物镜、红外光纤束、目镜、镜头卡口、外套管、内套管、探头保护罩组装而成；红外光纤束由多条红外光纤组成，红外光纤束前端依次为物镜和保护玻璃，在红外光纤束与保护玻璃之间留有物镜的调节空间；红外光纤束后端为目镜并留有调节空间；红外光纤束、物镜、保护玻璃、目镜均被内套管包裹，红外光纤束将内套管填充满，物镜、保护玻璃、目镜的外径与内套管的内径相同，物镜和目镜与内套管配合连接，保护玻璃与内套管固定连接；内套管安装有物镜和保护玻璃的一端的外侧被探头保护罩包裹，其余部分被外套管包裹；内套管安装有目镜的一端与镜头卡口配合连接；镜头卡口与高速热成像相机的镜头配合连接；所述水箱采用透明亚克力材质；所述温度传感器的探头到到两根铜丝的底端连线的中心点的距离不小于电火花所能生成的最大汽化泡的半径；所述红外光纤束采用红外光纤材质及结构；所述物镜、保护玻璃和目镜均采用蓝宝石玻璃材质；所述内套管采用软塑料材质；所述外套管采用橡胶材质。安装过程：两根电极通过电极支架悬空固定在水箱的上方并插入到水箱中，两根电极的底端各连接一根铜丝，两根铜丝的非连接端不接触，且与水箱设有的通孔的孔心位于同一平面上，两根铜丝的底端的间隔距离小于电火花的击穿距离；温度传感器通过支撑固定于两根铜丝的上方，温度传感器的探头到两根铜丝的底端连线的中心点的距离不小于电火花所能生成的最大汽化泡的半径；将红外传光束的探头保护罩取下，红外传光束安装有物镜和保护玻璃的一端从水箱侧壁的通孔插入水箱中，再将探头保护罩安装到红外传光束上，保护玻璃到两根铜丝的底端连线的中心点的距离不小于电火花所能生成的最大汽化泡的半径；红外传光束的外套管与水箱的通孔配合接触，并通过密封垫片和密封环对通孔进行密封；红外传光束的镜头卡口与高速热成像相机的镜头配合连接；高速相机安装在水箱开设通孔壁面的对面一侧，并与通孔的孔心位于同一平面。具体工作过程：按照所述安装过程将研究装置安装完毕后，将待研究液体倒入水箱中，液体完全淹没铜丝，液体的具体高度可根据试验需要进行调节；打开电加热管开关，电加热管对研究液体进行加热，温度采集器实时显示水箱内研究液体的温度，研究液体被加热到指定温度后关闭电加热管开关；调节并触发电火花控制器，使两根铜丝之间产生电火花，电火花周围的研究液体被快速加热而发生汽化，由于电火花产生的能量高且位置集中，因为所生成的汽化泡呈基本球形；在电火花触发的瞬间，通过计算机控制高速热成像相机、高速相机和温度采集器按照设定的频率同步工作，采集汽化泡演变过程中相应的数据并存储在计算机中；温度传感器采集得到的汽化泡边界处的单点温度能够用于校准高速热成像相机采集得到的温度场；对高速热成像相机采集得到的温度场和高速相机采集得到的汽化泡的形态进行对比分析，就能够对汽化泡演变过程的热效应进行深入研究。根据试验需求，可快速更换不同的研究液体，液面高度可调节，液体温度可调节，所生成的汽化泡尺度可通过电火花控制器调节；由于红外传光束的内套管和外套管均采用易变形材质，红外传光束的探头进行适当调节，可从不同角度采集汽化泡的温度场数据。有益效果1、本专利技术的一种汽化泡热效应的研究装置，能够实现汽化泡演变过程的汽泡形态和温度场的同步采集。2、本专利技术的一种汽化泡热效应的研究装置，结构简单，使用方便，安全可靠，能够快速更换不同的研究液体，调节研究液体的温度，调节生成汽化泡的尺度。附图说明图1为本专利技术一种汽化泡热效应的研究装置示意图；图2为红外传光束内部示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽化泡热效应的研究装置，其特征在于：包括汽化泡生成装置、温度控制系统、数据采集系统；汽化泡生成装置用于生成汽化泡，并为汽化泡的运动提供空间；包括水箱(1)、铜丝(6)、电极(7)、电极支架(11)、电火花控制器(13)，连接关系：水箱(1)为上方敞口的方形水箱；水箱(1)的一面侧壁开设有通孔；电极支架(11)放置于水箱(1)的上方；两根电极(7)通过电极支架(11)悬空固定在水箱(1)的上方并插入到水箱(1)中；两根电极(7)的顶端分别通过电线与电火花控制器(13)连接，电极(7)底端各连接一根铜丝(6)，需保证两根铜丝的非连接端不接触，且位于同一平面上，两根铜丝(6)的底端的间隔距离小于电火花的击穿距离；温度控制系统用于调节研究液体的温度，测量液体或者汽化泡的温度；包括电加热管(9)、电加热管开关(14)、温度传感器(8)、温度采集器(10)，连接关系：电加热管(9)悬浮放置于水箱(1)的液体中；电加热管(9)通过电线与电加热管开关(14)连接；温度传感器(8)悬浮放置于水箱(1)的液体中，用于测量所生成气泡的边界处的温度，温度传感器(8)通过引线与温度采集器(10)连接；数据采集系统用于采集并存储汽化泡生成及溃灭过程的图像和温度场数据；包括红外传光束(2)、高速热成像相机(3)、高速相机(15)、计算机(12)，连接关系：红外传光束(2)通过水箱(1)侧壁的通孔一端放入水箱(1)中，另一端与高速热成像相机(3)连接；红外传光束(2)到两根铜丝(6)的底端连线的中心点的距离不小于电火花所能生成的最大汽化泡的半径；高速热成像相机(3)用于采集汽化泡周围的温度场，高速热成像相机(3)通过数据传输线与计算机(12)连接；高速相机(15)用于拍摄汽化泡的形态；高速相机(15)通过数据传输线与计算机(12)连接；计算机(12)可对高速热成像相机(3)和高速相机(15)进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种汽化泡热效应的研究装置，其特征在于：包括汽化泡生成装置、温度控制系统、数据采集系统；汽化泡生成装置用于生成汽化泡，并为汽化泡的运动提供空间；包括水箱(1)、铜丝(6)、电极(7)、电极支架(11)、电火花控制器(13)，连接关系：水箱(1)为上方敞口的方形水箱；水箱(1)的一面侧壁开设有通孔；电极支架(11)放置于水箱(1)的上方；两根电极(7)通过电极支架(11)悬空固定在水箱(1)的上方并插入到水箱(1)中；两根电极(7)的顶端分别通过电线与电火花控制器(13)连接，电极(7)底端各连接一根铜丝(6)，需保证两根铜丝的非连接端不接触，且位于同一平面上，两根铜丝(6)的底端的间隔距离小于电火花的击穿距离；温度控制系统用于调节研究液体的温度，测量液体或者汽化泡的温度；包括电加热管(9)、电加热管开关(14)、温度传感器(8)、温度采集器(10)，连接关系：电加热管(9)悬浮放置于水箱(1)的液体中；电加热管(9)通过电线与电加热管开关(14)连接；温度传感器(8)悬浮放置于水箱(1)的液体中，用于测量所生成气泡的边界处的温度，温度传感器(8)通过引线与温度采集器(10)连接；数据采集系统用于采集并存储汽化泡生成及溃灭过程的图像和温度场数据；包括红外传光束(2)、高速热成像相机(3)、高速相机(15)、计算机(12)，连接关系：红外传光束(2)通过水箱(1)侧壁的通孔一端放入水箱(1)中，另一端与高速热成像相机(3)连接；红外传光束(2)到两根铜丝(6)的底端连线的中心点的距离不小于电火花所能生成的最大汽化泡的半径；高速热成像相机(3)用于采集汽化泡周围的温度场，高速热成像相机(3)通过数据传输线与计算机(12)连接；高速相机(15)用于拍摄汽化泡的形态；高速相机(15)通过数据传输线与计算机(12)连接；计算机(12)可对高速热成像相机(3)和高速相机(15)进行控制。2.如权利要求1所述的一种汽化泡热效应的研究装置，其特征在于：所述红外传光束(2)由保护玻璃(201)、物镜(202)、红外光纤束(203)、目镜(204)、镜头卡口(205)、外套管(206)、内套管(207)、探头保护罩(208)组装而成；红外光纤束(203)由多条红外光纤组成，红外光纤束(203)前端依次为物镜(202)和保护玻璃(201)，在红外光纤束(203)与保护玻璃(201)之间留有物镜(202)的调节空间；红外光纤束(203)后端为目镜(204)并留有调节空间；红外光纤束(203)、物镜(202)、保护玻璃(201)、目镜(204)均被内套管(207)包裹，红外光纤束(203)将内套管(207)填充满，物镜(202)、保护玻璃(201)、目镜(204)的外径与内套管(207)的内径相同，物镜(202)和目镜(204)与内套管(207)配合连接，保护玻璃(201)与内套管(207)固定连接；内套管(207)安装有物镜(202)和保护玻璃(201)的一端的外侧被探头保护罩(208)包裹，其余部分被外套管(206)包裹；内套管(207)安装有目镜(204)的一端与镜头卡口(205)配合连接；镜头卡口(205)与高速热成像相机(3)的镜头配合连接。3.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彪，陈泰然，王国玉，张敏弟，刘影，高德明，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11