外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统技术方案

本发明专利技术公开一种外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统，包括加热装置控制系统、数据采集系统、外加超声场发生装置、注液装置，以及通过管路依次连接形成换热工质循环回路的换热工质循坏控制系统、液体入口温度控制系统、换热试验段，所述的外加超声场发生装置作用于换热试验段，所述数据采集系统用于采集换热试验段温度及气泡视频信息；所述加热装置控制系统用于控制换热试验段温度，所述注液装置用于向换热工质循环回路中注入换热工质。本发明专利技术可操作性强、测试精度高、可广泛用于微细通道相变传热性能测试。

【技术实现步骤摘要】
外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统
本专利技术涉及一种微细通道相变传热领域，具体涉及一种外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统。技术背景随着科技的进步，电子部件和设备趋向集成化，传统大通道的传热设备已无法满足电子芯片的传热过程，具有高表面积比和换热效率的微细尺寸通道已成为当今科技研究强化传热重要发展方向。微型结构换热器不仅具有高效优良的换热性能，而且结构简单、紧凑,为了进一步高效地提高微通道换热器的换热效率，科研工作者们基于工程手段，从槽道表面处理，外加场等方面进行强化传热，对于微细通道相变中强化问题，其理论至今还不能较为准确描述和预测流体在微细通道中相变传热特性，因此需要系统的实验测试和高速可视化来研究纳米流体在微细通道中的相变传热过程及强化传热特性，在此背景下，专利技术一种外加超声场强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统。此测试系统和方法可以用于测试外加声场作用微细通道中相变演化过程及其强化传热特性。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种外加超声场强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统，能有效观察声场作用下强化复杂润湿表面微通道内的核态沸腾传热特性。本专利技术采用如下技术方案实现：一种外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统，包括加热装置控制系统、数据采集系统、外加超声场发生装置、注液装置，以及通过管路依次连接形成换热工质循环回路的换热工质循坏控制系统、液体入口温度控制系统、换热试验段，所述的外加超声场发生装置作用于换热试验段，所述数据采集系统用于采集换热试验段温度及气泡视频信息；所述加热装置控制系统用于控制换热试验段温度，所述注液装置用于向换热工质循环回路中注入换热工质；所述的换热试验段由上至下包括依次连接的上盖板、振动板、可视化盖板、微细通道蒸发器、实验段腔体、加热体、隔热体、底座盖板，所述底座盖板上均匀设置有向上穿过隔热体直达加热体内的若干单头加热管，所述加热体和实验段腔体分布有上、下两排均匀间隔的测温孔；所述微细通道蒸发器包括平板状主体，所述主体的上表面沿长度方向平行设置有若干矩形微细通道，单个所述微细通道底表内部排列设置有倒“Ω”字型的微观凹腔阵列。进一步地，所述的外加超声场发生装置包括超声波发生器、若干超声波振子，所述的超声波发生器的额定功率为800-1500W，所述超声波振子频率为20kHz-60kHz；所述超声波振子通过焊接螺钉及凝固胶水沿长度方向均匀地固定在振动板上且分别与超声波发生器电路连接。进一步地，所述的微细通道的截面尺寸为1.5mm×1.5mm；所述微观凹腔阵列的间隔距离为0.3mm～0.4mm，单个所述微细通道里面排列4～5行、490～647列微观凹腔。进一步地，所述微观凹腔的上开口壁与所述微细通道底表面的夹角大于所述微细通道底表面的静态接触角θ；所述微观凹腔的上开口直径0.014mm≦D≦0.67mm；所述微观凹腔的深度为0.4mm～0.6mm。进一步地，所述的微细通道底表面沿换热工质流动方向设置有亲疏水相间区域。进一步地，所述的加热装置控制系统包括通过电路依次连接所述的单头加热管的功率显示表、功率调节器、电柜箱，所述的单头加热管为电加热管。进一步地，所述的换热工质循坏控制系统包括换热工质冷却装置、液体动力驱动装置，所述的液体动力驱动装置包括电路连接的磁力泵和变频器，所述的磁力泵的输出端通过管路及闸阀依次连接过滤器、转子流量计、液体入口温度控制系统，输入端连接储液罐；所述的换热工质冷却装置包括管路连接的冷却水箱和冷却机组，流出换热试验段的换热工质在冷却水箱中进行冷却后流入所述储液罐。进一步地，所述的数据采集系统包括高速摄像仪、K型热电偶、数据采集仪、工控箱、电脑显示器，所述的K型热电偶设置在所述测温孔内，并通过电路依次连接数据采集仪、工控箱和电脑显示器，所述的高速摄像仪与工控箱电路连接，用于采集换热试验段的气泡视频信息。进一步地，所述的液体入口温度控制系统包括容纳有换热介质的温控箱、温度控制器、加热棒、温度传感器，所述的加热棒、温度传感器伸入温控箱内且分别与温度控制器电路连接。进一步地，连接于所述换热工质循坏控制系统、液体入口温度控制系统、换热试验段之间的管路上串接有若干视镜、手阀和压力表，所述换热试验段的出口管路上旁接有针阀。相比现有技术，本专利技术所提供的外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统可以用于测试外加声场作用微细通道中相变演化过程及其强化传热特性，可操作性强、测试精度高、可广泛用于微细通道相变传热性能测试。附图说明图1为本专利技术实施例的试验系统整体结构示意图。图2是本专利技术实施例的换热试验段和外加超声场发生装置连接示意图。图3本专利技术实施例的换热实验段爆炸示意图。图4为本专利技术实施例的微细通道蒸发器主视示意图。图5为本专利技术实施例的微细通道蒸发器左视示意图。图6为本专利技术实施例的微细通道蒸发器的微观凹腔放大示意图。图7为本专利技术实施例的微细通道蒸发器数学传热测试模型示意图。图中：1.磁力泵；2.变频器；3.过滤器；4-1～4-6.视镜；5-1～5-12.手阀；6.转子流量计；7.加热棒；8.温度传感器；9.温度控制器；10.单头电热管(6个)；11.功率显示表；12.功率调节器；13.电柜箱；14.换热试验段；14-1-上盖板；14-2-振动板；14-3-可视化盖板；14-4-微细通道蒸发器；14-5-实验段腔体；14-6-加热体；14-7-第一隔热体；14-8-第二隔热体；14-9-底座盖板；15.K型热电偶；16.Agilent-34970a数据采集仪(34901A采集模块)；17.工控箱；18.电脑显示器；19.超声波振子；20.超声波发生器；21.高速摄像仪；22.针阀；23-1～23-3.压力表；24.注液装置；25.冷却水箱；26.冷却机组；27.储液罐。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的专利技术目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本专利技术的实施方式并不因此限定于以下实施例。如图1至图3所示，一种外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统，包括加热装置控制系统、数据采集系统、外加超声场发生装置、注液装置24，以及通过管路依次连接形成换热工质循环回路的换热工质循坏控制系统、液体入口温度控制系统、换热试验段14，所述的外加超声场发生装置作用于换热试验段14，所述数据采集系统用于采集换热试验段温度及气泡视频信息；所述加热装置控制系统用于控制换热试验段14温度，所述注液装置24用于向换热工质循环回路中注入换热工质；所述的换热试验段(14)由上至下包括依次连接的上盖板14-1、振动板14-2、可视化盖板14-3、微细通道蒸发器14-4、实验段腔体14-5、加热体14-6、隔热体、底座盖板14-9，所述底座盖板14-9上均匀设置有向上穿过隔热体直达加热体14-6内的六个单头加热管10，所述加热体14-6和实验段腔体14-5分布有上、下两排均匀间隔的测温孔，两排测温孔的间隔距离为20mm，直径为φ2mm测温孔，左右相邻测温孔的间隔距离为30mm；所述隔热体包括上下叠加设置的第一隔热体14-7、第二隔热体14-8；所述微细通道蒸发器14-4包括平板状主体，所述主体的上表面沿长度方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统，其特征在于：包括加热装置控制系统、数据采集系统、外加超声场发生装置、注液装置(24)，以及通过管路依次连接形成换热工质循环回路的换热工质循坏控制系统、液体入口温度控制系统、换热试验段(14)，所述的外加超声场发生装置作用于换热试验段(14)，所述数据采集系统用于采集换热试验段温度及气泡视频信息；所述加热装置控制系统用于控制换热试验段(14)温度，所述注液装置(24)用于向换热工质循环回路中注入换热工质；所述的换热试验段(14)由上至下包括依次连接的上盖板(14‑1)、振动板(14‑2)、可视化盖板(14‑3)、微细通道蒸发器(14‑4)、实验段腔体(14‑5)、加热体(14‑6)、隔热体、底座盖板(14‑9)，所述底座盖板(14‑9)上均匀设置有向上穿过隔热体直达加热体(14‑6)内的若干单头加热管(10)，所述加热体(14‑6)和实验段腔体(14‑5)分布有上、下两排均匀间隔的测温孔；所述微细通道蒸发器(14‑4)包括平板状主体，所述主体的上表面沿长度方向平行设置有若干矩形微细通道，单个所述微细通道底表内部排列设置有倒“Ω”字型的微观凹腔阵列。...

【技术特征摘要】
1.一种外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统，其特征在于：包括加热装置控制系统、数据采集系统、外加超声场发生装置、注液装置(24)，以及通过管路依次连接形成换热工质循环回路的换热工质循坏控制系统、液体入口温度控制系统、换热试验段(14)，所述的外加超声场发生装置作用于换热试验段(14)，所述数据采集系统用于采集换热试验段温度及气泡视频信息；所述加热装置控制系统用于控制换热试验段(14)温度，所述注液装置(24)用于向换热工质循环回路中注入换热工质；所述的换热试验段(14)由上至下包括依次连接的上盖板(14-1)、振动板(14-2)、可视化盖板(14-3)、微细通道蒸发器(14-4)、实验段腔体(14-5)、加热体(14-6)、隔热体、底座盖板(14-9)，所述底座盖板(14-9)上均匀设置有向上穿过隔热体直达加热体(14-6)内的若干单头加热管(10)，所述加热体(14-6)和实验段腔体(14-5)分布有上、下两排均匀间隔的测温孔；所述微细通道蒸发器(14-4)包括平板状主体，所述主体的上表面沿长度方向平行设置有若干矩形微细通道，单个所述微细通道底表内部排列设置有倒“Ω”字型的微观凹腔阵列。2.根据权利要求1所述的外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统，其特征在于：所述的外加超声场发生装置包括超声波发生器(20)、若干超声波振子(19)，所述的超声波发生器(20)的额定功率为800-1500W，所述超声波振子(2)频率为20kHz-60kHz；所述超声波振子(19)通过焊接螺钉及凝固胶水沿长度方向均匀地固定在振动板(14-2)上且分别与超声波发生器(20)电路连接。3.根据权利要求1所述的外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统，其特征在于：所述的微细通道的截面尺寸为1.5mm×1.5mm；所述微观凹腔阵列的间隔距离为0.3mm~0.4mm，单个所述微细通道里面排列4~5行、490~647列微观凹腔。4.根据权利要求1所述的外加超声强化复杂微观凹腔阵列微通道沸腾传热实验系统，其特征在于：所述微观凹腔的上开口壁与所述微细通道底表面的夹角大于所述微细通道底表面的静态接触角θ；所述微观凹腔的上开口直径0.014mm≦D≦0.67m...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小平，周建阳，冯振飞，肖健，章金鑫，郭峰，李海燕，王兆涛，王梦圆，王文，袁伍，廖政标，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44