專利名稱：一種聲空化強(qiáng)化傳熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲空化強(qiáng)化傳熱裝置。
本發(fā)明還涉及上述裝置的使用方法。
背景技術(shù)：
聲空化(Acoustic Cavitation)及其相關(guān)效應(yīng)研究是目前國(guó)際上的熱點(diǎn)前沿課題之一。聲空化強(qiáng)化傳熱技術(shù)是近年來新興的、引起人們廣泛關(guān)注的第三代有源強(qiáng)化傳熱技術(shù)，也是聲空化技術(shù)在傳熱學(xué)領(lǐng)域的新應(yīng)用。它從根本上強(qiáng)化傳熱過程著手，試圖發(fā)展能直接強(qiáng)化傳熱機(jī)制的新型強(qiáng)化技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)在工程實(shí)際中有效強(qiáng)化傳熱過程。已有的研究表明，聲空化對(duì)傳熱有顯著的強(qiáng)化作用，空化氣泡形成的高溫、高壓及空化泡崩潰時(shí)形成的強(qiáng)壓力脈沖，能夠使壁面熱邊界層減薄，同時(shí)影響沸騰換熱壁面上氣泡胚胎的生成、長(zhǎng)大和脫離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種聲空化強(qiáng)化傳熱裝置。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種上述裝置的使用方法。
本發(fā)明可廣泛用于各類熱壁面與液體工質(zhì)間的傳熱強(qiáng)化及過程觀測(cè)，與相同條件的傳熱相比，聲空化技術(shù)的采用可大幅度提高傳熱系數(shù)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的聲空化強(qiáng)化傳熱測(cè)試裝置主要包括一內(nèi)箱體，內(nèi)部盛放液體工質(zhì)；一外箱體，內(nèi)部盛放有水，并安裝有加熱器，通過對(duì)水的加熱來對(duì)內(nèi)箱體中的液體工質(zhì)進(jìn)行加熱并調(diào)溫；一超聲換能器置于內(nèi)箱體中的液體工質(zhì)中，且與一超聲波發(fā)生器相連接。
一換熱件，水平安裝在內(nèi)箱體中，該換熱件為一鉑電阻絲，并與外部測(cè)量電橋相連接。
在換熱件附近液體工質(zhì)中放置有熱電偶，用以測(cè)量液體工質(zhì)的溫度；在外箱體內(nèi)的水中也放置有熱電偶，用以測(cè)量水的溫度，以便對(duì)內(nèi)箱體中液體工質(zhì)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制；各熱電偶連接至溫度測(cè)量?jī)x。該溫度測(cè)量?jī)x還可連接至一計(jì)算機(jī)。
由上述裝置，在工作過程中經(jīng)電流表和電橋測(cè)量并記錄通過換熱件的電流和其兩端的電壓值，由此可以確定通過換熱件的熱流量，根據(jù)電壓與溫度的依變關(guān)系并可確定換熱件的溫度；開啟超聲波發(fā)生器，待裝置穩(wěn)定后記錄換熱件與液體工質(zhì)溫度及空化參數(shù)等。可調(diào)節(jié)超聲換能器參數(shù)等得到不同工況下的聲空化強(qiáng)化傳熱的數(shù)據(jù)。


圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2采用本發(fā)明所測(cè)的有聲空化與沒有聲空化時(shí)換熱系數(shù)隨熱流密度的變化圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)施例的外箱體1為一尺寸為260mm×260mm×250mm的容器，該箱體1的材質(zhì)可采用普通不銹鋼制成，其外面包有保溫層14以減少系統(tǒng)的熱損失。箱體1內(nèi)盛放有液體水，a為外箱體1的進(jìn)水口，水中還設(shè)有一加熱器12。
一內(nèi)箱體2置于外箱體1中，該內(nèi)箱體2尺寸為160mm×160mm×150mm的容器，該箱體的材質(zhì)受所用液體工質(zhì)的限定，本例為不銹鋼制成。本發(fā)明采用的液體工質(zhì)沒有嚴(yán)格的限定，在常溫常壓下為液體的物質(zhì)均可，考慮到對(duì)箱體及各部件的腐蝕性，一般采用如水、有機(jī)溶劑等，b為內(nèi)箱體2的進(jìn)水口。為方便更換或排出箱體中的液體工質(zhì)，在外箱體1和內(nèi)箱體2的下部均安裝一泄水閥13。
超聲換能器4置于內(nèi)箱體2的液體工質(zhì)中，且與一超聲波發(fā)生器3相連接，c和d分別是超聲換能器4的冷卻水進(jìn)口和出口。
換熱件7水平安裝在內(nèi)箱體2內(nèi)，該換熱件7為一鉑電阻絲，并與外部電源10及測(cè)量電橋5相連接。
在換熱件7附近的液體工質(zhì)中放置有熱電偶6，用以測(cè)量液體工質(zhì)的溫度。
在外箱體1內(nèi)的水中也放置有熱電偶6，用以測(cè)量水的溫度，以便通過水溫的變化對(duì)內(nèi)箱體2中液體工質(zhì)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。外、內(nèi)箱體中的各熱電偶6連接至溫度測(cè)量?jī)x11，該溫度測(cè)量?jī)x11還可連接至一計(jì)算機(jī)15。
為便于可視化觀察和拍攝換熱件7及其附近發(fā)生的現(xiàn)象，在外箱體1與內(nèi)箱體2的前部和后部的同一軸線上各有一觀察窗8(由φ100mm、厚10mm的雙層光學(xué)玻璃組成)，較理想的換熱件7的位置是在觀察窗可以觀察到的范圍內(nèi)。
聲空化場(chǎng)由安裝在箱體上部的超聲換能器4產(chǎn)生，換能器4的工作頻率為18±0.5kHz，電功率在0～250W內(nèi)可調(diào)。
測(cè)試過程中，將超聲換能器4插入內(nèi)箱體2中，超聲換能器4的末端距液面約2cm，先打開電源10，經(jīng)電流表9和電橋5測(cè)量并記錄通過換熱件7的電流和其兩端的電壓，由此可以確定通過換熱件7的熱流量及溫度。然后開啟超聲波發(fā)生器3，待系統(tǒng)穩(wěn)定后記錄換熱件7與液體溫度及空化參數(shù)等。可調(diào)節(jié)超聲發(fā)生器3的產(chǎn)生參數(shù)等得到不同工況下的聲空化強(qiáng)化傳熱的數(shù)據(jù)。
在上述測(cè)量的基礎(chǔ)上，通過下列計(jì)算可以得出換熱件外表面與周圍液體工質(zhì)的平均傳熱系數(shù)α=qtw-tf]]>式中，熱流密度q＝I·V/A，I為通過換熱件的電流，V為換熱件兩端的電壓，A為換熱件的表面積，tf為液體工質(zhì)的溫度，tw為換熱件的溫度。
按照上述方法，采用本發(fā)明系統(tǒng)得到的平均傳熱系數(shù)α隨熱流密度q的變化如圖2所示。由圖可以看出，聲空化對(duì)傳熱有顯著強(qiáng)化作用。
以上所舉例中的具體尺寸、形狀、數(shù)據(jù)以及熱電偶的數(shù)量、安裝位置等是作為一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)描述，因此本發(fā)明所保護(hù)的范圍不受其限制。
權(quán)利要求
1.一種聲空化強(qiáng)化傳熱裝置，包括一內(nèi)箱體，內(nèi)部盛放液體工質(zhì)；一外箱體，內(nèi)部盛放液體水，通過加熱器調(diào)節(jié)水溫；一超聲換能器置于內(nèi)箱體的液體工質(zhì)中，且與一超聲發(fā)生器連接；一換熱件，水平安裝在內(nèi)箱體中，該換熱件為一鉑金屬絲，該換熱件與電源及測(cè)量電橋相連接；在內(nèi)箱體液體工質(zhì)和外箱體內(nèi)放置有熱電偶，各熱電偶連接至一溫度測(cè)量?jī)x，用以測(cè)量液體工質(zhì)及熱水的溫度變化。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述超聲換能器的末端距液體工質(zhì)的液面1-2.5cm。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述液體工質(zhì)為常溫常壓下呈液體狀的物質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述外箱體外包有保溫層。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述外箱體與內(nèi)箱體的前部和后部各有一觀察窗。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述溫度測(cè)量?jī)x與一計(jì)算機(jī)連接。
7.一種如權(quán)利要求1所述裝置的使用方法，其主要步驟為a)開啟外箱體內(nèi)的加熱器，使其水溫加熱到一定的溫度；b)經(jīng)電流表和電橋測(cè)量并記錄通過換熱件的電流和其兩端的電壓，由此可以確定通過換熱件的熱流量及換熱件的溫度；c)將超聲換能器插入內(nèi)箱體的液體工質(zhì)中，開啟超聲波發(fā)生器，記錄換熱件與液體工質(zhì)溫度及空化參數(shù)；d)調(diào)節(jié)超聲換能器產(chǎn)生參數(shù)，得到不同工況下的聲空化強(qiáng)化傳熱的數(shù)據(jù)；e)計(jì)算得出換熱件外表面與周圍流體的平均傳熱系數(shù)。
全文摘要
一種聲空化強(qiáng)化傳熱的系統(tǒng)和使用方法，由內(nèi)箱體、外箱體、超聲波發(fā)生器、超聲換能器、測(cè)量電橋、熱電偶、窺視孔、換熱件、加熱器、泄水閥、保溫層、溫度測(cè)量?jī)x、計(jì)算機(jī)、電流表、電源組成。由上述系統(tǒng)，外箱體內(nèi)的加熱器使其水溫升高，借助內(nèi)外箱體中工質(zhì)的溫差將內(nèi)箱體中的液體工質(zhì)加熱到某一溫度；然后打開電源使換熱件通有一定的電流，經(jīng)電流表和電橋分別測(cè)量其電流與電壓值，根據(jù)電壓與溫度的依變關(guān)系確定換熱件的溫度；開啟超聲發(fā)生器，使超聲發(fā)生器與超聲換能器在共振狀態(tài)下工作，產(chǎn)生聲空化效應(yīng)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后記錄換熱件與液體工質(zhì)溫度及空化參數(shù)等?？煞謩e調(diào)節(jié)換熱件的功率與超聲換能器產(chǎn)生參數(shù)等得到不同工況下的聲空化強(qiáng)化傳熱的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)F28F13/00GK1737488SQ20041005853
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2004年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月18日
發(fā)明者淮秀蘭, 姜任秋, 孫寶芝, 劉登瀛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所