立式湍流Taylor‑Couette流流动传热实验台制造技术

本发明专利技术提供了一种立式湍流Taylor‑Couette流流动传热实验台，包括电机台架、试验台架；试验台架包括依次连接的带轮模块、扭矩仪模块、测试段模块；电机台架中的电机向带轮模块提供动力。本发明专利技术根据实验可对转筒和定子的结构及尺寸进行调整，对流场出口位置及流量进行调整，以及轴向温度梯度进行调整，从而研究不同条件下的流场传热特性；本发明专利技术可利用扭矩仪测试转子组件的实时扭矩和功率消耗，并利用装配在转、定子壁面的T型热电偶对流场中温度的分布和变化进行实时测量；还可对飞轮减阻技术开展相关的实验及研究，基于PIV对流场中不同尺度的湍流结构进行可视化实验及研究。

【技术实现步骤摘要】
立式湍流Taylor-Couette流流动传热实验台
本专利技术涉及传热实验台，具体地，涉及立式湍流Taylor-Couette流流动传热实验台。
技术介绍
大型屏蔽电机主泵的飞轮间隙流场形态属于湍流Taylor-Couette流，但这种流动和标准的Taylor-Couette流的流场结构又有一定的差异性，主要区别在于该流动具有较高的轴向流速。这种设计是为了避免一回路水中的热量进入到电机侧，径向轴承处的电机冷却水被引入到飞轮下部，并由飞轮下部出口流回到外部热交换器中，从而保证有足够的电机冷却水带走飞轮间隙流场中的热量，避免引起电机侧的温度上升。在传热过程中，温度对流体粘度产生影响，在不同的转速下，流场呈现不同的湍流形态，不同的湍流形态又会对传热，以及飞轮与流体之间摩擦损耗产生一定的影响。为了研究在不同流场结构、入口流量和转速条件下，飞轮间隙流场的传热特性和功耗问题，需要开展相关的理论分析和实验研究。此外，该实验平台可进一步针对核主泵飞轮减阻技术开展实验研究。研究以上内容对设计用于核反应堆的屏蔽电泵有重要的工程和科学意义。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种立式Taylor-Couette流流动传热实验台。根据本专利技术提供的一种立式湍流Taylor-Couette流流动传热实验台，包括电机台架200、试验台架100；试验台架100包括依次连接的带轮模块、扭矩仪模块、测试段模块；电机台架200中的电机向带轮模块提供动力。优选地，所述带轮模块包括：主轴1、第一轴承端盖2、深沟球轴承3、第一唇形油封4、第一锁紧螺母5、锁紧垫片6、轴套7、同步带轮8、第二轴承端盖9、带轮基座10、第二唇形油封11、轴承端盖螺钉12、带轮基座；同步带轮8通过第一锁紧螺母5、锁紧垫片6以及轴套7锁紧连接于主轴1上，电机通过同步带轮8对主轴1进行驱动，主轴1由深沟球轴承3支撑，深沟球轴承3通过第一轴承端盖2、第二轴承端盖9、轴承端盖螺钉12被固定在带轮基座上，带轮基座上端、下端分别有第一唇形油封4、第二唇形油封11防止用于润滑深沟球轴承3的润滑油泄露；主轴1连接所述扭矩仪模块中扭矩仪13的一端。优选地，所述扭矩仪模块包括：扭矩仪13、扭矩支架14、扭矩仪支座15；扭矩仪13通过螺栓与扭矩支架14连接，扭矩支架14通过螺栓装配在扭矩仪支座15上；扭矩仪13的另一端连接所述测试段模块中的测试段转轴31。优选地，所述测试段模块包括定子组件、转子组件；转子组件、定子组件构成了同心圆环的间隙流场。优选地，定子组件包括：导柱组件16、下圆锥滚子轴承17、下部机械密封件18、测试段下端板19、密封圈20、测试段环向端板21、测试段上端板22、上部机械密封件23、螺杆组件24、上圆锥滚子轴承25、上部机械密封出水段26、下部机械密封出水段27；测试段上端板22、测试段下端板19以及测试段环向端板21被导柱组件16和螺杆组件24通过螺栓装配定位组成了测试段，测试段环向端板21分别与测试段上端板22、测试段下端板19之间均设置有密封圈20；测试段上部设置有相互连接的上部机械密封件23和上部机械密封出水段26，测试段下部设置有相互连接的下部机械密封件18和下部机械密封出水段27，以进行密封，防止测试段中的水泄露；下圆锥滚子轴承17、上圆锥滚子轴承25分别紧固连接在测试段的下方、上方，下圆锥滚子轴承17、上圆锥滚子轴承25共同支撑转子组件中的测试段转轴31。优选地，所述转子组件包括：飞轮端板28、键29、转筒30、测试段转轴31、第二锁紧螺母32。测试段转轴31作为转子；转筒30的上下两端分别连接飞轮端板28，测试段转轴31穿在飞轮端板28和转筒30中，并通过键29带动转筒30旋转，套设在测试段转轴31上的第二锁紧螺母在轴向上固定转筒30和测试段转轴31。优选地，测试段上端板22、测试段下端板19以及测试段环向端板21上均设置有热电偶安装孔，热电偶安装孔内安装有热电偶。优选地，转筒30的侧面设置有热电偶安装孔，热电偶安装孔内安装有热电偶。优选地，3mm直径的热电偶孔内通过密封胶密封安装T型热电偶。优选地，上部机械密封出水段26、下部机械密封出水段27均开设有出水孔、入水孔；测试段下端板19也开设有出水孔、入水孔；测试段上端板22、测试段下端板19的外部均粘贴有硅橡胶加热片，硅橡胶加热片的外部包裹有隔热用的保温棉。本专利技术中的扭矩仪可测量测试段转轴的扭矩和转速，用于分析不同转速下的间隙流场带来的水摩损失。在测试段上下端面及环面装有温度可控的硅橡胶加热片，通过调整温度，可以研究轴向温度梯度情况下的间隙流场流动传热特性。立式湍流Taylor-Couette流流动传热实验台采用电机台架(动力输出装置)和测试台架(测试装置)分离的结构。其中，在电机台架上，采用的电机是18.5kW的西门子变频电机，并通过变频器控制电机转速。电机动力输出端上部装有可以传递较大扭矩的44齿的S8M型带轮，而测试台架的同步带轮也采用同样形式的带轮，从而保证电机和测试段的转速同步。测试段转子组件、定子组件构成了同心圆环的间隙流场，并在定子部件上，沿其轴心方向设计有六个直径3mm热电偶孔。在转筒轴向方向开有十二个直径3mm热电偶孔，并在其上、下端面各设计有两个直径3mm热电偶孔。定子外部包裹有保温层，同时在上下两个端面粘贴有硅橡胶加热片。温度的测量是通过极细T型热电偶实现，其直径约为0.6mm，T型热电偶具有较高热响应速度(几十毫秒)，并能够将经由热电偶引起的热量流失降到最小，适用于局部温度的瞬态测量，其测量精度为0.1℃，选用T型极细热电偶可以用于测量短时间内的温度波动。其中，外部定子装置和内部转筒可以根据实验要求进行更换，从而实现偏心可调、转-定子间间隙可调(包括径向和轴向)。此外，通过对转子外表面和定子内表面增设不同肋条形式的结构，可以实现肋条减阻的研究。(1)转筒可根据不同的实验目的，更换成不同尺寸、不同形状、不同表面形态的转筒。(2)转-定子间间隙流场的流体出、入口位置可调。即：转-定子间间隙流场内部流体与外界不存在流动时(Taylor-Couette流流场结构)，间隙流场底部出、入口开启(大型屏蔽电机主泵上飞轮流场结构)，间隙流场顶部部出口、底部入口开启(大型轴封式电机主泵飞轮流场结构)。此外，还可以对流体流入间隙流场的流量进行调节。(3)转-定子间隙流场上下端面粘贴有温度可控的硅橡胶加热片，从而实现具有轴向温度梯度的流场的传热实验。(4)转子外部表面和定子内部表明粘贴不同结构形式的肋条结构，从而对旋转流场下的减阻技术开展研究。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术是立式湍流Taylor-Couette流流动传热试验台，配合所针对实验内容，国内尚无此种实验台；2、根据实验，本专利技术可对转筒和定子的结构及尺寸进行调整，对流场出口位置及流量进行调整，以及轴向温度梯度进行调整，从而研究不同条件下的流场传热特性；3、本专利技术可利用扭矩仪测试转子组件的实时扭矩和功率消耗；4、本专利技术可利用装配在转、定子壁面的T型热电偶对流场中温度的分布和变化进行实时测量；5、本专利技术可以对飞轮减阻技术开展相关的实验及研究；6、本专利技术可以基于PIV对流场中不同尺度的湍流结构进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立式湍流Taylor‑Couette流流动传热实验台，其特征在于，包括电机台架(200)、试验台架(100)；试验台架(100)包括依次连接的带轮模块、扭矩仪模块、测试段模块；电机台架中的电机向带轮模块提供动力。

【技术特征摘要】
1.一种立式湍流Taylor-Couette流流动传热实验台，其特征在于，包括电机台架(200)、试验台架(100)；试验台架(100)包括依次连接的带轮模块、扭矩仪模块、测试段模块；电机台架中的电机向带轮模块提供动力。2.根据权利要求1所述的立式湍流Taylor-Couette流流动传热实验台，其特征在于，所述带轮模块包括：主轴(1)、第一轴承端盖(2)、深沟球轴承(3)、第一唇形油封(4)、第一锁紧螺母(5)、锁紧垫片(6)、轴套(7)、同步带轮(8)、第二轴承端盖(9)、带轮基座(10)、第二唇形油封(11)、轴承端盖螺钉(12)、带轮基座；同步带轮(8)通过第一锁紧螺母(5)、锁紧垫片(6)以及轴套(7)锁紧连接于主轴(1)上，电机通过同步带轮(8)对主轴(1)进行驱动，主轴(1)由深沟球轴承(3)支撑，深沟球轴承(3)通过第一轴承端盖(2)、第二轴承端盖(9)、轴承端盖螺钉(12)被固定在带轮基座上，带轮基座上端、下端分别有第一唇形油封(4)、第二唇形油封(11)防止用于润滑深沟球轴承(3)的润滑油泄露；主轴(1)连接所述扭矩仪模块中扭矩仪(13)的一端。3.根据权利要求1所述的立式湍流Taylor-Couette流流动传热实验台，其特征在于，所述扭矩仪模块包括：扭矩仪(13)、扭矩支架(14)、扭矩仪支座(15)；扭矩仪(13)通过螺栓与扭矩支架(14)连接，扭矩支架(14)通过螺栓装配在扭矩仪支座(15)上；扭矩仪(13)的另一端连接所述测试段模块中的测试段转轴(31)。4.根据权利要求1所述的立式湍流Taylor-Couette流流动传热实验台，其特征在于，所述测试段模块包括定子组件、转子组件；转子组件、定子组件构成了同心圆环的间隙流场。5.根据权利要求4所述的立式湍流Taylor-Couette流流动传热实验台，其特征在于，定子组件包括：导柱组件(16)、下圆锥滚子轴承(17)、下部机械密封件(18)、测试段下端板(19)、密封圈(20)、测试段环向端板(21)、测试段上端板(22)、上部机械密封件(23)、螺杆组件(24)、上圆锥滚子轴承(25)、上部机械密封出水段(26)、下部机械密封出水段(27)；测试段上端...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德忠，王予津，许锐，尹俊连，胡耀钰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31