超急速沸腾状态下汽泡生长过程的瞬态观测系统及方法技术方案

一种超急速沸腾状态下汽泡生长过程的瞬态观测系统，该系统包含：一脉冲激光器；一有液体的透明容器，该脉冲激光器对该透明容器内的液体进行加热；一接收试件，该接收试件浸没于上述透明容器内的液体内；一电火花闪光装置，该电火花闪光装置置于透明容器的一侧；一显微放大摄影装置，该显微放大摄影装置置于透明容器的另一侧；一程序控制和数据计算机，该计算机分别与微放大摄影装置与脉冲激光器连接，并分别控制微放大摄影装置与脉冲激光器；一示波器，该示波器与接收试件连接，以便接收试件的信号可传递给示波器；一计算机，该计算机与示波器连接，以便记录示波器的信号。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
超急速沸腾状态下汽泡生长过程的瞬态观测系统及方法
本专利技术涉及一种液体中汽泡生长过程的瞬态观测系统及方法，具体涉及一种在超急速沸腾状态下，液体中汽泡生长过程的瞬态观测系统及方法。
技术介绍
在原子能工程和其它高温冶炼过程中，有可能因事故造成高温熔融材料溅入液体中而产生剧烈的爆发沸腾，从而造成蒸汽爆炸的严重后果。在超导发电、超导输电和超导磁悬浮列车运行过程中，控制因受瞬间高热负荷引起的超急速爆发沸腾是维持超导材料热稳定性的重要措施。超急速沸腾的主要特点是温升速率很高(可达103～106K/s，甚至更高)，汽泡生长过程很快(毫秒至微秒量级)，汽泡数量很大(比常规沸腾大4个数量级)。因此，用常规方法难以观测到该沸腾状态下汽泡的生长过程。在观测沸腾状态下的汽泡生长过程时，采用连续摄像或高速摄影的方法(参见《Handbook of Heat Transfer Fundamentals》(secondedition)，McGraw-Hill，1985，《传热学》杨世铭编，高等教育出版社，1987年)。但对于在微秒时间内发生的超急速爆发沸腾，要观测其沸腾过程的汽泡行为，必须要求其摄影的曝光时间为微秒量级或所用的高速摄影的拍摄速度为1百万幅/秒以上。目前，通常的摄像或高速摄影方法均难以达到其拍摄速度、照明光源强度与胶卷感光速度的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超急速沸腾状态下汽泡生长过程的瞬态观测系统及方法，其可以观测到该沸腾状态下汽泡的生长过程；同时本专利技术具有结构合理，使用的方法简便的优点。-->本专利技术一种超急速沸腾状态下汽泡生长过程的瞬态观测系统，其特征在于，该系统包含：一脉冲激光器；一有液体的透明容器，该脉冲激光器对该透明容器内的液体进行加热；一接收试件，该接收试件浸没于上述透明容器内的液体内；一电火花闪光装置，该电火花闪光装置置于透明容器的一侧；一显微放大摄影装置，该显微放大摄影装置置于透明容器的另一侧；一程序控制和数据计算机，该计算机分别与微放大摄影装置与脉冲激光器连接，并分别控制微放大摄影装置与脉冲激光器；一示波器，该示波器与接收试件连接，以便接收试件的信号可传递给示波器；一计算机，该计算机与示波器连接，以便记录示波器的信号。其中的脉冲激光器的输出功率密度在1×102MW/m2到1×104MW/m2，脉冲宽度为1μs到30μs。其中的高压电火花闪光装置的充电电压高达18KV以上，闪光时间小于0.5μs。其中的显微放大摄影装置可将汽泡图象放大100倍。其中的盛有沸腾液体的透明容器用石英玻璃制成，具有良好的透明度。本专利技术一种超急速爆发沸腾状态下汽泡生长过程的瞬态观测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用权利要求1所述的汽泡生长过程瞬态观测系统；(2)在容器内注入实验用的液体工质，使之淹没试件的上端面，用计算机设定激光器的输出功率、脉冲宽度和光斑直径；(3)调节电火花闪光装置，使其闪光光束对准透明容器；(4)调节显微放大摄影装置，使其聚焦在透明容器中试件上；(5)通过计算机控制激光器进行激光照射，同时控制电火花闪光装置放电闪光的延迟时间，计算机及示波器记录及观测汽泡生长过程。-->附图说明图1是本专利技术的系统结构图。具体实施方式请参阅图1所示，本专利技术一种超急速沸腾状态下汽泡生长过程的瞬态观测系统，该系统包含：一脉冲激光器1(为已有技术)，该脉冲激光器1的输出功率密度在1×102MW/m2到1×104MW/m2，脉冲宽度为1μs到30μs；一有液体的透明容器2，该透明容器2用石英玻璃制成，具有良好的透明度，该脉冲激光器1对该透明容器2内的液体进行加热；一接收试件3，该接收试件3浸没于上述透明容器2内的液体内；一电火花闪光装置4，该电火花闪光装置4置于透明容器2的一侧；该高压电火花闪光装置4的充电电压高达18KV以上，闪光时间小于0.5μs；一显微放大摄影装置5(为已有技术)，该显微放大摄影装置5置于透明容器2的另一侧；该显微放大摄影装置5可将汽泡图象放大100倍；一程序控制和数据计算机7(为已有技术)，该计算机7分别与微放大摄影装置5与脉冲激光器1连接，并分别控制微放大摄影装置5与脉冲激光器1；一示波器8(为已有技术)，该示波器8与接收试件3连接，以便接收试件3的信号可传递给示波器8；一计算机9(为已有技术)，该计算机与示波器8连接，以便记录示波器8的信号。本专利技术一种超急速爆发沸腾状态下汽泡生长过程的瞬态观测方法，包括如下步骤：(1)采用权利要求1所述的汽泡生长过程瞬态观测系统；(2)在容器2内注入实验用的液体工质，使之淹没试件3的上端面，用计算机7设定激光器的输出功率、脉冲宽度和光斑直径；(3)调节电火花闪光装置4，使其闪光光束对准透明容器2；-->(4)调节显微放大摄影装置5，使其聚焦在透明容器2中试件3上；(5)通过计算机7控制激光器1进行激光照射，同时控制电火花闪光装置放电闪光的延迟时间，计算机9及示波器8记录及观测汽泡生长过程。本专利技术提供了一种以高压电火花短脉冲放电作为超强照明光源，通过控制电火花的闪光时间，用普通照相机在暗室状态下拍摄不同沸腾状态下的汽泡形态的方法，来获得超急速爆发沸腾状态下汽泡在从起始沸腾的零时刻至约1毫秒期间各个不同时刻的汽泡生成形态，从而间接获得汽泡生长过程的系列照片。所获得的系列照片，将为对超急速爆发沸腾的深入研究与工业控制提供重要依据。本专利技术观测系统的脉冲激光器1为NdYAG可编程脉冲激光器，其波长为1.06μm，脉冲宽度为1～30μs，光斑直径为1～10mm，一次脉冲的功率密度最高可达1.0×104MW/m2。照明用高压电火花闪光装置4的闪光时间小于0.5μs，充电电压为18～20KV。盛有液体的透明容器2用石英玻璃制成。激光接收试件3为一直径为1.6mm的石英玻璃棒，其上端面用真空镀膜机镀一层厚度仅1μm铂金膜，该铂金膜即可用于接收脉冲激光的辐射热，继而将其接收的热传给透明容器3中的液体工质，并使其产生超急速爆发沸腾；同时，该铂金膜又是一个电阻温度传感元件，通过其接收辐射热后的温度—电阻变化，并通过调制器将该电阻变化转变为电压变化后，用数字示波器8记录，从而得到该试件在接收脉冲激光辐射后所产生的温度变化。数字示波器8的记录速度可达500MS/s，即相当于每秒钟可记录5亿个电压变化数据。实施例在采用本专利技术的观测系统进行超急速爆发沸腾状态下汽泡生长的过程观测时，按下列步骤进行操作：(1)在容器2内注入实验用液体工质，并使之淹没试件3的上端面，并用计算机7设定激光的输出功率密度、脉冲宽度和光斑直径。(2)调节闪光照明光源的位置，使其闪光光束对准液体容器2。-->(3)通过延迟调节器6预设闪光器4滞后于脉冲激光照射的闪光时间。如果滞后时间为零，即相当于在激光照射的同时闪光，从而可以拍摄激光照射后零时间的沸腾图像。若预设的延迟时间为10μs，即相当于在激光照射后10μs时曝光，从而可拍摄到激光照射10μs时刻的沸腾汽泡图象，依次类推。(4)调节显微放大机5的位置，使其聚焦在液体容器中试件上表面附近的视场。(5)在照相机内装入高速感光彩色胶卷。本专利技术采用ISO1600彩色胶卷。(6)使整个实验环境处于暗室状态，然后打开照相机快门等待感光。(7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超急速沸腾状态下汽泡生长过程的瞬态观测系统，其特征在于，该系统包含： 一脉冲激光器； 一有液体的透明容器，该脉冲激光器对该透明容器内的液体进行加热； 一接收试件，该接收试件浸没于上述透明容器内的液体内； 一电火花闪光装置，该电火花闪光装置置于透明容器的一侧； 一显微放大摄影装置，该显微放大摄影装置置于透明容器的另一侧； 一程序控制和数据计算机，该计算机分别与微放大摄影装置与脉冲激光器连接，并分别控制微放大摄影装置与脉冲激光器； 一示波器，该示波器与接收试件连接，以便接收试件的信号可传递给示波器； 一计算机，该计算机与示波器连接，以便记录示波器的信号。

【技术特征摘要】
1、一种超急速沸腾状态下汽泡生长过程的瞬态观测系统，其特征在于，该系统包含：一脉冲激光器；一有液体的透明容器，该脉冲激光器对该透明容器内的液体进行加热；一接收试件，该接收试件浸没于上述透明容器内的液体内；一电火花闪光装置，该电火花闪光装置置于透明容器的一侧；一显微放大摄影装置，该显微放大摄影装置置于透明容器的另一侧；一程序控制和数据计算机，该计算机分别与微放大摄影装置与脉冲激光器连接，并分别控制微放大摄影装置与脉冲激光器；一示波器，该示波器与接收试件连接，以便接收试件的信号可传递给示波器；一计算机，该计算机与示波器连接，以便记录示波器的信号。2、根据权利要求1所述的汽泡生长过程瞬态观测系统，其特征在于，其中的脉冲激光器的输出功率密度在1×102MW/m2到1×104MW/m2，脉冲宽度为1μs到30μs。3、根据权利要求1所述的汽泡生长过程瞬态观测系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘登瀛，淮秀兰，金仁喜，董兆一，张正芳，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]