一种混合工质沸腾气泡行为特性研究测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开的一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统及方法，包括可视化腔体、加热装置、恒温水浴、气体采集腔、第三压力传感器、第三温度传感器和数据处理模块；可视化腔体用于盛装混合液体；加热装置用于对可视化腔体内的混合液体加热，并使混合液体产生沸腾气泡；气体采集腔用于对可视化腔体内混合液体产生的沸腾气泡进行收集；恒温水浴用于对气体采集腔收集的气泡进行冷却；第三压力传感器用于获取气体采集腔内气体压力，第三温度传感器用于获取恒温水浴的温度；数据处理模块用于根据气体采集腔内气体压力和恒温水浴的温度，确定混合液体沸腾气泡的组分浓度。实现了对混合液体沸腾气泡组分浓度的准确分析，及对沸腾气泡行为特性的研究。行为特性的研究。行为特性的研究。

【技术实现步骤摘要】
一种混合工质沸腾气泡行为特性研究测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及能源换热
，尤其涉及一种混合工质沸腾气泡行为特性研究测试系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]核态沸腾作为最高效的传热方式之一被广泛应用于核反应堆、天然气与氢气液化以及微电子技术等具有极高传热速率需求的
中。沸腾是气泡在过热液体(均匀成核)或固液界面(非均匀成核)上发生成核并不断生长的相变过程。在绝大多数工业应用中，当加热壁面达到一定过热度时，发生非均匀成核。目前二元或多元混合工质的沸腾传热已经广泛应用于热交换系统中。混合工质的一个显著优点是可以通过组分种类和浓度以使混合物达到所期待的物理和化学性质。例如，混合工质的相变温度可以在恒定的压力下有意而灵活的控制，即在给定的压力下拥有较宽的沸腾起始温度范围。然而，现有研究表明，由于混合工质各组分沸点不同，沸腾发生过程中，气泡界面轻组分率先蒸发，气泡界面液体薄层存在浓度梯度，使气泡中各组分浓度与液体原有组分浓度不一致，并形成传质阻力，导致混合物的沸腾传热性能低于纯工质。沸腾传热性能与沸腾过程中气泡的成核、生长与脱离等行为特性紧密相关，上述现象的存在使现有的沸腾气泡行为特性模型对混合工质的适用性较差。同时，仍需进一步发展混合工质的沸腾传热强化方法以解决混合工质沸腾传热性能弱的问题。
[0004]专利技术人发现，目前，尚缺乏能够确定混合工质沸腾气泡内组分浓度以完成气泡行为特性及强化方法研究的可视化测试系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种混合工质沸腾气泡行为特性研究测试系统及方法，能够准确确定混合工质沸腾气泡的组分浓度，并能够实现对气泡行为特性的研究。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]第一方面，提出了一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统，包括可视化腔体、加热装置、恒温水浴、气体采集腔、第三压力传感器、第三温度传感器和数据处理模块；
[0008]可视化腔体用于盛装混合液体；加热装置用于对可视化腔体内的混合液体加热，并使混合液体产生沸腾气泡；气体采集腔用于对可视化腔体内混合液体产生的沸腾气泡进行收集；恒温水浴用于对气体采集腔收集的气泡进行冷却；第三压力传感器用于获取气体采集腔内气体压力，第三温度传感器用于获取恒温水浴的温度；数据处理模块用于根据气体采集腔内气体压力和恒温水浴的温度，确定混合液体沸腾气泡的组分浓度。
[0009]第二方面，提出了一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统的测试方法，包括：
[0010]通过加热装置对可视化腔体内的混合液体进行加热，使混合液体产生沸腾气泡；
[0011]通过气体采集腔对可视化腔体内混合液体产生的沸腾气泡进行收集；
[0012]当气体采集腔内的气体量达到设定值时，通过恒温水浴对气体采集腔收集的气体进行冷却；
[0013]获取冷却过程中，气体采集腔内气体压力和恒温水浴的温度；
[0014]根据气体采集腔内气体压力和恒温水浴的温度，确定混合液体沸腾气泡的组分浓度。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0016]1、本专利技术可进行不同压力、热流密度、过冷度、组分浓度条件下的混合工质沸腾气泡行为特性与强化方法研究，并可收集沸腾气泡以确定沸腾气泡组分浓度。
[0017]2、本专利技术通过在加热块的侧面距离顶端不同距离位置加工测温孔，测量不同位置温度，进而计算加热块热流密度与顶端温度，相比于根据可调电源确定热流密度减小了加热块与周围环境漏热带来的实验误差。
[0018]3、本专利技术将气泡收集管路伸入可视化腔体中的混合液体中进行沸腾气泡的收集，减小混合液体液面蒸发对沸腾气泡气体采集产生的影响，进而使获得的沸腾气泡组分浓度更准确。
[0019]4、本专利技术为了防止加热件自身产生沸腾气泡对收集的混合工质沸腾气泡产生影响，将第一加热件设置于可视化腔体的外部。
[0020]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0022]图1为实施例1公开系统的结构示意图；
[0023]图2为实施例1公开的第二加热件结构布置图。
[0024]其中：1、可视化腔体，2、垫片，3、有机玻璃视窗，4、视窗压片，5、螺栓，6、注液管路，7、注液管路阀门，8、气泡收集管路，9、气泡收集管路阀门，10、气泡采样管路，11、气泡采样管路阀门，12、气体再冷凝腔体，13、冷凝盘管，14、冷凝水浴，15、柔性加热片，16、温度控制柜，17、温度传感器，18、压力传感器，19、固定柱，20、加热块，21、加热片，22、可调直流电源，23、固定片，24、环氧树脂胶，25、加热块测温孔，26、气体采集腔，27、气体采集腔阀门，28、恒温水浴，29、第三压力传感器，30、数据处理模块，31、高速摄像机，32、光源。
具体实施方式
[0025]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0026]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0027]实施例1
[0028]在该实施例中，公开了一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统，包括可视化腔体、加热装置、恒温水浴、气体采集腔、第三压力传感器、第三温度传感器和数据处理模块；
[0029]可视化腔体用于盛装混合液体；加热装置用于对可视化腔体内的混合液体加热，并使混合液体产生沸腾气泡；气体采集腔用于对可视化腔体内混合液体产生的沸腾气泡进行收集；恒温水浴用于对气体采集腔收集的气泡进行冷却；第三压力传感器用于获取气体采集腔内气体压力，第三温度传感器用于获取恒温水浴的温度；数据处理模块用于根据气体采集腔内气体压力和恒温水浴的温度，确定混合液体沸腾气泡的组分浓度。
[0030]对本实施例公开的一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统进行详细说明，如图1、图2所示，一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统，包括：沸腾系统、气体采样系统与数据采集系统。
[0031]沸腾系统可改变混合工质组分浓度、温度、压力等条件，并收集混合工质沸腾气泡中的气体。
[0032]具体的，沸腾系统包括用于盛装混合液体的可视化腔体1，在可视化腔体1上设置加热装置，加热装置用于对可视化腔体内的混合液体进行加热，使混合液体产生沸腾气泡。
[0033]加热装置包括第一加热件和第二加热件，第一加热件用于将可视化腔体内的混合液体加热至第一温度值；第二加热件设置于可视化腔体内腔底部，用于对达到第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统，其特征在于，包括可视化腔体、加热装置、恒温水浴、气体采集腔、第三压力传感器、第三温度传感器和数据处理模块；可视化腔体用于盛装混合液体；加热装置用于对可视化腔体内的混合液体加热，并使混合液体产生沸腾气泡；气体采集腔用于对可视化腔体内混合液体产生的沸腾气泡进行收集；恒温水浴用于对气体采集腔收集的气泡进行冷却；第三压力传感器用于获取气体采集腔内气体压力，第三温度传感器用于获取恒温水浴的温度；数据处理模块用于根据气体采集腔内气体压力和恒温水浴的温度，确定混合液体沸腾气泡的组分浓度。2.如权利要求1所述的一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统，其特征在于，加热装置包括第一加热件和第二加热件，第一加热件用于将可视化腔体内的混合液体加热至第一温度值；第二加热件设置于可视化腔体内腔底部，用于对达到第一温度值的混合液体进行继续加热，并使第二加热件的温度始终保持在第二温度值，使混合液体产生沸腾气泡。3.如权利要求2所述的一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统，其特征在于，第一加热件设置于可视化腔体外部，第一加热件与温度控制柜连接。4.如权利要求2所述的一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统，其特征在于，第二加热件包括加热块、加热片和固定片，加热片设置于加热块的底部，加热块的底部还与固定片连接，固定片固定于可视化腔体内腔上，加热块的顶部伸入混合液体内。5.如权利要求1所述的一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统，其特征在于，可视化腔体还分别与注液管路、气泡收集管路连通，气泡收集管路和注液管路均与冷凝器连通。6.如权利要求5所述的一种混合液体沸腾气泡行为特性研究测试系统，其特征在于，气泡收...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩辉，刘亮，李玉星，朱建鲁，苏正雄，杜依帆，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：