一种诱发两相流的微通道实验系统的制作方法

1.本发明属于气液两相流实验技术领域，特别是一种诱发两相流的微通道实验系统，它可用于能源动力行业两相流属性测量、航空航天基础零部件润滑设计、it行业电子元件散热与热设计等工程领域。
技术背景
2.在一个系统中，通常将具有相同物理、化学性质及相同成分的均匀物质通常称为“相”，而“两相流”是指同时存在两种不同相的物质所组成的流动系统。在能源动力各类泵及管道工程、航空航天润滑密封部件、it信息行业微型电子元器件等工程应用领域都存在两相流现象，研究两相流的属性及其相变规律对这些实际工程系统的运行稳定性和可靠性极具意义。
3.以信息行业用微型电子元件的散热及热设计为例，随着集成电路中电子器件向着微型化和集中化发展，其相对小的物理空间内有着较大热流密度，常规的换热技术已不能满足现有电子器件的散热要求。由于液体沸腾蒸发时会带走大量的热，故而气液两相流的流动沸腾换热技术目前成为国内外电子器件主要采用的散热技术。两相流的流动沸腾换热技术是在强制对流的基础上，利用介质由液态转化为气态的相变过程，吸收大量的汽化潜热，而实现更高效的换热；获取气液两相流流动沸腾时相变规律的对微型电子原件的散热以及其热设计具有重要的指导意义。
4.目前针对于气液两相流相关的论文和专利中绝大部分都关注于气液两相流的测量及实验方法领域，而对于两相流的实验装置及其相变规律的实验获取方法研究极少。例如，专利“管内相分隔式电磁差压相结合的两相流测量装置及方法”(编号：cn107543586b)公开了一种管内相分隔式电磁差压相结合的两相流测量装置及方法，该装置主要由测量管道、旋流装置、电磁流量计、差压变送器等组成；该测量方法使用旋流装置使管内流体发生旋流并产生相分隔状态，利用电磁流量计和差压变送器测得关于两相流量的电磁输出和差压输出，通过联立计算，得到两相流各相流量，形成了以相分隔为基础，结合双参数测量的组合法。专利“两相流速声音电双模态测量方法”(编号：cn105181996b)公开了一种两相速声电双模态测量方法，该方法能够准确地测量管道内两相流的平均流速与分相含率。专利“基于ert的同质气液混合两相流流量测试方法及系统”(编号：cn110108331a)公开了一种气液混合两相流流量的测试方法，解决了同质气液混合两相流不分离时，气液流量测量问题；同时专利“一种气液两相流的含量测量装置”(编号：cn212083156u)公开了一种气液两相流的含量测量装置，解决了现有测量设备无法实时在线测量两相流含量的问题，简化了含量测量的工艺程序，实现了对气液两相流的实时在线精确测量；党佳琦提出并进行了基于电阻层析成像技术的两相流流型的测量，间接的获取其他两相流参数(党佳琦.基于ert技术的两相流测量正反问题及实验研究[d].西安电子科技大学,2020.)
[0005]
上述的专利以及论文均关注于两相流的属性获取，如流速、流量、粘度、流型特点等；其两相流由实际工况产生或者直接混合液体与气体产生，缺少直接从液体到气液混合
再到气体的模拟过程，这一诱发过程机理极为复杂。因此研究一类诱发气液相变的装置及系统对于深入了解气液两相流产生的机理及其相变机制具有重要的科学意义和工程指导价值。


技术实现要素：

[0006]
针对于现有气液两相流机理研究缺少实验装置的现状，本发明提供一种可以诱发两相流的微通道实验系统，以便实现诱发包含沸腾和闪蒸两相流在内的两种不同类型的两相流现象，同时还可以根据不同的实验要求通过配置的不同参数实验装置零件，诱发两相流现象的工况和结构参数范围。
[0007]
本发明的目的是这样实现的，一种诱发两相流的微通道实验系统，其特征是：至少包括：高压储液罐(8)、磁力齿轮泵(9)、流量阀(10)、微孔过滤芯(26)、流量计(27)、微通道实验单元(28)、冷凝单元(29)、回路辅助设备(30)以及数据采集单元(32)；所述的高压储液罐(8)、磁力齿轮泵(9)、流量阀(10)、微孔过滤芯(26)、流量计(27)、微通道实验单元(28)、冷凝单元(29)串联连接成回路，微通道实验单元(28)连接有回路辅助设备(30)以及数据采集单元(32)，其中，所述高压储液罐(8)为可承受一定高压的密闭容器，用以盛放实验工质；高压储液罐(8)顶部安装有压力测控器以及排气阀门；罐身一侧安装有透明玻璃管水位计；
[0008]
所述磁力齿轮泵(9)驱动实验回路中工质的流动；所述流量计(27)用以准确测量回路中的流体的流量；
[0009]
所述流量阀(10)为控制整个回路通断的阀门；
[0010]
所述微孔过滤芯(26)内的微孔的直径为4-10μm，可以防止回路中的固体杂质进入到实验装置中；
[0011]
所述微通道实验单元(28)为本发明的本体；
[0012]
所述冷凝单元(29)由板式换热器以及低温冷水浴箱构成，该冷凝单元(29)用于对流出微通道实验段的流体工质进行降温处理，使流体工质的温度降低到储液罐内的原始温度值；
[0013]
所述的回路辅助设备(30)至少包括：高速摄像机、led光源，高速摄像机架设在微通道实验装置的正上方，可以透过透明玻璃盖板(4)对实验装置中微通道内的流动沸腾情况、流体的流型变化、缓冲腔(14)内的闪蒸沸腾进行拍摄观察，高速摄像机旁边有led光源对实验装置进行照射，其目的是使高速摄像机拍摄的画面更加清晰；所述的数据采集部分主要由数据采集仪和计算机构成，其主要采集的数据为实验装置中3个测量点的温度和压力、磁力流量计中的流量数据、以及架设在实验装置上方的高速摄像机中所拍摄的图像数据。
[0014]
所述高压储液罐(8)中的实验工质选用去离子水或乙醇液体，在实验前在需要提前开启储液罐中加热器对储液罐中的实验工质进行提前加热沸腾处理，以除去整个实验回路中流体工质中不凝性气体，沸腾除气后等待储液罐中的流体工质温度降为常温后开始整个实验。
[0015]
所述回路中的流体工质在磁力齿轮泵(9)的驱动下流经微孔过滤芯(26)、流量计(27)后进入到微通道实验单元(28)中，在微通道实验单元(28)中诱发产生沸腾以及闪蒸两相流后流出，后流体工质流经冷凝单元29中经板式换热器散热冷却最后流回高压储液罐
(8)中。
[0016]
所述的微通道实验单元(28)至少包括：底座外板(1)、微通道内板(2)、l型盖板(3)和辅助构件；辅助构件包括透明玻璃盖板(4)，上密封盖板(5)、预加热陶瓷电加热片(6)、主加热陶瓷电加热片(7)，所述底座外板(1)为内有空腔的矩形长方体，整体采用导热性能优良的材质，从矩形长方体一端到另一端依次分布有矩形微通道入口(11)、外板微槽道入口(19)、外板微槽道(12)、空腔(13)、缓冲腔(14)、圆形通道出口(15)，在矩形长方体一侧包括三个温度压力测定孔，三个温度压力测定孔分别是：第一温度压力测定孔(16)、第二温度压力测定孔(17)和第三温度压力测定孔(18)，第一温度压力测定孔(16)靠近矩形微通道入口(11)，但与微通道入口(11)形成垂直结构，第二温度压力测定孔(17)位于外板微槽道(12)末端与空腔(13)连接处相通；第三温度压力测定孔(18)靠近缓冲腔(14)，与缓冲腔(14)相通。
[0017]
所述微通道入口(11)为整个实验装置的工质入口通道，等间隔分布在底座外板的侧面，形状为薄矩形，数量n＝6；微通道入口(11)外接在实验回路中，作为装置的入口通道将实验工质输送至微通道实验装置内；
[0018]
所述外板通微槽道(12)为6个等间隔排列的通道槽结构，截面形状与微通道入口(11)相同为薄矩形，其位于底座外板(1)的上表面；该外板微槽道(12)的宽度为10mm，深度为4mm，与微通道入口(11)及空腔(13)相连通，将流体工质从微通道入口(11)处输送至空腔(13)处；
[0019]
所述的外板微槽道入口(19)为微通道入口(11)与外板微槽道(12)相连接的结构，为六个等间隔排列的矩形入口结构，其截面尺寸和微通道入口(11)截面尺寸相同，工质通过该处结构流入至外板微槽道(12)中。
[0020]
所述空腔(13)为上表面开口的长方体的空腔，位于底座外板(1)的中央，该空腔上表面与底座外板(1)的上表面齐平；
[0021]
所述缓冲腔(14)同为上表面开口的长方体空腔，为实验装置圆形通道出口(15)与空腔(13)之间留出的部分空腔，该缓冲腔(14)上表面仍然与底座外板(1)上表面齐平，但是深度及长度均小于空腔(13)，空腔(13)以及缓冲腔(14)交接处有阶梯段突变，该缓冲腔(14)可作为低于通道内流动工质饱和蒸气压的外环境，为装置内流动工质闪蒸沸腾提供空间；
[0022]
所述圆形通道出口(15)为整个装置中流体工质的出口，截面形状为圆形；所述第一温度压力测定孔(16)、第二温度压力测定孔(17)和第三温度压力测定孔(18)为直径为6mm的测定孔，其位于该微通道实验装置侧边分布，作为压力和温度测量点；在其测定孔中安装有温度和压力传感器，分别对实验装置内的流体工质的压力和温度进行测量；其中第一温度压力测定孔(16)靠近微通道入口(11)处，与装置侧边的通道相通，测量装置内工质的入口温度和压力；第二温度压力测定孔(17)位于外板微通道的末端，与装置侧边的微通道相连接，测量即将离开外板微通道(12)中工质的温度和压力；第三温度压力测定孔(18)靠近装置圆形通道出口(15)处，与空腔(13)相通，其测量流出微通道进入空腔(13)的工质的压力和温度；其压力传感器、温度传感器置于第一温度压力测定孔(16)、第二温度压力测定孔(17)和第三温度压力测定孔(18)中，并使用密封胶对安装有传感器的测定孔进行密封处理；
[0023]
所述微通道内板(2)为长方体结构，整体采用为传热性能较好的铜合金材质，微通道内板(2)的尺寸大小(长
×
宽
×
高)与空腔(13)尺寸大小(长
×
宽
×
高)相同，在实际安装时微通道内板(2)与空腔(13)采用过盈配合，微通道内板(2)将固定于空腔(13)中，上表面与空腔(13)上表面齐平；微通道内板(2)上表面等间隔分布有n个微通道槽(20)，微通道槽(20)数量n通常与外板微槽道(12)数量相同取n∈{2,3,4,5,6,}，也可以根据实际实验进行调整其数量；微通道槽(20)与外板微槽道(12)相通，工质流过外板微槽道(12)处后将流至内板(2)的微通道槽中。
[0024]
所述的微通道槽(20)或为薄矩形微通道槽(21)结构，或为弧形微通道槽(22)或为阶梯段通道槽(23)或为喷管微通道槽(24)或为薄矩形双通道槽(25)。
[0025]
所述预加热陶瓷电加热片(6)位于外板微槽道(12)正下方靠近外板微槽道入口(19)处，其作为预加热部分的热源对进入该装置的液体工质进行加热预处理；所述主加热陶瓷电加热片(7)位于微通道内板(2)的正下方其作为实验装置的主加热部分对流入至内板微槽道上的工质进行加热处理，诱发微通道槽(20)中的液体工质发生沸腾两相流现象；其中预加热陶瓷电加热片(6)、主加热陶瓷电加热片(7)均外接有直流电源对其分别进行不同加热功率的调节；其中用于预加热陶瓷电加热片(6)、主加热陶瓷电加热片(7)应间隔有30mm-40mm的距离，以防止两个陶瓷电加热片在同时工作时有较大的相互干扰。
[0026]
所述的l型盖板(3)的一侧有锯齿形微型隔离板(31)，可对外板微槽道入口(19)处进行部分遮挡从而改变进入外板微槽道(12)和薄矩形微通道槽(21)中的工质压力，对微通道内的工质压力可以进行一定程度的梯度调节；工质由外板微槽道入口(19)流入至外板微槽道(12)处，后经外板微槽道(12)流入内板(2)微槽道中，其中预加热陶瓷电加热片(6)位于外板微槽道(12)的下方位置，在实验中充当预加热的热源，在工质进入到微通道装置而未流入微通道槽(20)中时对工质进行预加热处理。
[0027]
本发明与现有的装置相比具有以下的优点：
[0028]
1.本发明所述一种诱发两相流的微通道实验方法，采用了底座外板与内板分离的方案，旨在不改变实验整体回路的情况下，仅通过拆卸内板进行改变微通道的形状、数量、排列方式等其他变化。
[0029]
2.本发明可通过替换实际微通道内板，使得微通道达到模拟细喷管的效果，流体工质在流出微通道时，可在装置自身的缓冲腔14内产生闪蒸沸腾两相流现象。
[0030]
3.本发明的微通道实验装置中有可以替换的l型铜板盖片，该盖板有凸出的隔离板结构31来对外板微通道外板微槽道入口通道19进行遮挡，通过改变外板微通道入口结构处的截面积，可以在一定范围内调节进入到微通道内流体的工质压力。
附图说明
[0031]
图1为整体实验装置结构图；
[0032]
图2为外板结构图；
[0033]
图3为薄矩形微通道内板；
[0034]
图4为弧形微通道内板；
[0035]
图5为阶梯型微通道内板；
[0036]
图6为喷管型微通道内板；
[0037]
图7为双通道微通道内板；
[0038]
图8为l型薄铜片盖板；
[0039]
图9为外板微通道入口结构示意图；
[0040]
图10为l型薄铜片盖板覆盖外板微通道入口结构示意图；
[0041]
图11为实验装置接入的实验回路图。
[0042]
图中，1、底座外板；2、微通道内板；3、l型盖板；4、透明玻璃盖板；5、上密封盖板；6、预加热陶瓷电加热片；7、主加热陶瓷电加热片；8、高压储液罐；9、磁力齿轮泵；10、流量阀；11、微通道入口；12、外板微槽道；13、空腔；14、缓冲腔；15、圆形通道出口；16、第一温度压力测定孔；17、第二温度压力测定孔；18、第三温度压力测定孔；19、外板微槽道入口；20、微通道槽；21、薄矩形微通道槽；22、弧形微通道槽；23、阶梯段通道槽；231、突变结构；24、喷管微通道槽；241、突变结构；25、双薄矩形微通道槽；26、微孔过滤芯；27、流量计；28、微通道实验单元；29、冷凝单元；30、回路辅助设备；31、锯齿形微型隔离板；32、数据采集单元。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图和具体的实例对本发明做出进一步的详细描述：
[0044]
实施例1
[0045]
在薄矩形微通道上诱发产生沸腾两相流现象的实验装置
[0046]
参考图1和图2，一种诱发两相流的微通道机构至少包括：底座外板1、微通道内板2、l型盖板3和辅助构件；辅助构件包括透明玻璃盖板4，上密封盖板5、预加热陶瓷电加热片6、主加热陶瓷电加热片7。
[0047]
如图2所示，所述底座外板1为内有空腔的矩形长方体，整体采用导热性能优良的(铜合金)材质，从矩形长方体一端到另一端依次分布有微通道入口11、外板微槽道入口通道19、外板微槽道12、空腔13、缓冲腔14、圆形通道出口15，在矩形长方体一侧包括三个温度压力测定孔，三个温度压力测定孔分别是：第一温度压力测定孔16、第二温度压力测定孔17和第三温度压力测定孔18，第一温度压力测定孔16靠近微通道入口11，但与微通道入口11形成垂直结构，第二温度压力测定孔17与外板微槽道12与空腔13连接处相通；第三温度压力测定孔18靠近缓冲腔14，与缓冲腔14相通。
[0048]
所述微通道入口11为整个实验装置的工质入口通道，等间隔分布在底座外板的侧面，形状为薄矩形，数量n＝6；微通道入口11外接在实验回路中，作为装置的入口通道将实验工质输送至微通道实验装置内；
[0049]
所述外板微槽道12为6个等间隔排列的通道槽结构，截面形状与微通道入口11相同为薄矩形，其位于底座外板1的上表面。该外板微槽道宽度为10mm，深度为4mm，与微通道入口11及空腔13相连通，将流体工质从微通道入口11处输送至空腔13处；
[0050]
如图9所示，所述的外板微槽道入口通道19为微通道实验装置入口11与外板微槽道12相连接的结构，为六个等间隔排列的矩形入口结构，其截面尺寸(长
×
宽)和微通道入口11截面尺寸相同，工质通过该处结构流入至外板微槽道12中。
[0051]
所述空腔13为上表面开口的长方体的空腔，位于底座外板1的中央，该空腔上表面与底座外板1的上表面齐平；
[0052]
参看图2所示，所述缓冲腔14同为上表面开口的长方体空腔，为圆形通道出口15与
空腔13之间留出的部分空腔，该缓冲腔14上表面仍然与底座外板1上表面齐平，但是深度及长度均小于空腔13，空腔13以及缓冲腔14交接处有阶梯段突变，该缓冲腔14可作为低于通道内流动工质饱和蒸气压的外环境，为装置内流动工质闪蒸沸腾提供空间；
[0053]
所述圆形通道出口15为整个装置中流体工质的出口，截面形状为圆形；所述第一温度压力测定孔16、第二温度压力测定孔17和第三温度压力测定孔18为直径为6mm的测定孔，其位于该微通道实验装置侧边分布，作为压力和温度测量点；在其测定孔中安装有温度和压力传感器，分别对实验装置内的流体工质的压力和温度进行测量。其中第一温度压力测定孔16靠近微通道入口11处，与装置侧边的通道相通，测量装置内工质的入口温度和压力；第二温度压力测定孔17位于外板微通道的末端，与装置侧边的微通道相连接，测量即将离开外板微通道12中工质的温度和压力；第三温度压力测定孔18靠近圆形通道出口15处，与空腔14相通，其测量流出微通道进入空腔14的工质的压力和温度；其压力传感器、温度传感器置于第一温度压力测定孔16、第二温度压力测定孔17和第三温度压力测定孔18中，并使用密封胶对安装有传感器的测定孔进行密封处理；
[0054]
所述微通道内板2为长方体结构，整体采用为传热性能较好的铜合金材质，微通道内板2的尺寸大小(长
×
宽
×
高)与空腔13尺寸大小(长
×
宽
×
高)相同，在实际安装时微通道内板2与空腔13采用过盈配合，微通道内板2将固定于空腔13中，上表面与空腔13上表面齐平；微通道内板2上表面等间隔分布有n个微通道槽20，微通道槽20数量n通常与外板微槽道12数量相同取n∈{2,3,4,5,6,}，也可以根据实际实验进行调整其数量。该薄矩形微通道槽21与外板微槽道12相通，工质流过外板微槽道12处后将流至内板的微通道槽中。
[0055]
参看图3，图3为等间隔分布的六个尺寸相同的微通道槽20，微通道槽20采用薄矩形微通道槽21结构，薄矩形微通道槽21的槽道的尺寸(深度
×
宽度)和外板微槽道12尺寸相同，数量与外板微槽道12数量相同为六个，空间位置与外板微槽道12分布的位置相同，流动工质在微通道实验装置内经外板微通道12流入薄矩形微通道槽21中；
[0056]
参看图4，图4为等间隔分布的六个尺寸相同的微通道槽20，微通道槽20采用弧形微通道槽22，弧形微通道槽22的微通道深度略大于外板微通道深度，其通道截面不再是矩形而是圆弧形。
[0057]
参看图5，图5为等间隔分布的六个尺寸相同的微通道槽20，微通道槽20采用阶梯段通道槽23，阶梯段通道槽23前后两段的深度不同前段与外板微通道槽12相连接深度与外板通道槽12相同，后段与空腔14相连接，深度为前段的一半。该通道槽中有台阶状结构参看图五中结构231所示。
[0058]
微通道槽20或为喷管通道槽24，参看图6所示，图6为等间隔分布的六个喷管通道槽24，喷管通道槽24的通道槽前端与外板通道槽12相连接且深度相同，后端有结构241对微通道进行遮挡。其中结构241中对微通道进行封闭处理，中间只留出了一个细小的出口。该出口为直径0.5mm的一个圆形小出口，该细小出口类似于细小喷管的作用。在流体工质通过该出口释放至缓冲腔14中时，可诱发工质在缓冲腔14内发生闪蒸沸腾的两相流现象。
[0059]
微通道槽20或为薄矩形双通道槽25，参看图7所示，图7给出了微通道槽20为等间隔分布的两个尺寸相同的双薄矩形微通道槽25，单个双薄矩形微通道槽25的尺寸(深度
×
宽度)和薄矩形微通道槽21相同，但通道的数量不同。
[0060]
所述微通道内板2上方有透明玻璃盖板4，参看图1所示，其为透明且耐高温的玻璃
盖板,安装固定于空腔13和缓冲腔14上方，与底座外板1上表面贴合。
[0061]
在实际安装时，透明玻璃盖板4的下表面与微通道内板2上表面紧密贴合，在缝隙处可以使用密封胶对其进行处理。同时因透明玻璃盖板4为透明的玻璃材质，在实验中可以透过透明玻璃盖板4对微通道内的工质流动情况进行观测；所述透明玻璃盖板4的上方有上密封盖板5，上密封盖板5为中间留空的薄矩形的金属板。上密封盖板5外边缘尺寸(长
×
宽)大小和底座外板1尺寸(长
×
宽)大小相同，中间空出矩形尺寸(长
×
宽)和底座外板1中的空腔13以及缓冲腔14整体体空腔尺寸(长
×
宽)相同。上密封盖板5与底座外板1通过螺钉进行连接和固定，上密封盖板5相当于压板将透明玻璃盖板4固定压紧，从而保证微通道内板2的稳定和整个微通道实验装置的稳定。
[0062]
参看图8，所述底座外板1靠近微通道入口11处盖有l型盖板3，所述l型盖板3为一矩形的薄铜板盖片，其通过螺钉固定安装与底座外板1的上表面处；该l型盖板3一侧等间隔分布有6个类似锯齿形微型隔离板31，锯齿形微型隔离板31的位置分布与外板微槽道入口通道19的空间位置对齐，对外板微槽道入口通道19的出口截面进行部分遮挡，从而改变流入外板微通道12内的流体工质压力。微型隔离板31高度和外板微通道12的深度相同，宽度不超过外板微槽道入口通道19的宽度，以便微型隔离板31对外板微槽道入口通道19只进行部分的遮挡；l型盖板3上的微型隔离板31是作为改变流入外板微通道12内流体工质压力的结构，该结构可以对微通道外板的外板微槽道入口通道19处的通道截面进行一定程度的遮挡，从而对进入到外板微通道12中的流体工质的压力进行调节。当替换有不同的l型盖板3时，即可以实现对微通道内的工质压力进行调节。该处的压力调节是依靠改变l型盖板3中锯齿形微型隔离板31的宽度而实现的，故只是在一定范围内对进入到微通道内的工质进行梯度的压力调节。
[0063]
所述上密封盖板5的下方安装固定有预加热陶瓷电加热片6、主加热陶瓷电加热片7，参看图9和图10所示；所述预加热陶瓷电加热片6位于外板微槽道12正下方靠近外板微槽道入口19处，其作为预加热部分的热源对进入该装置的液体工质进行加热预处理；所述主加热陶瓷电加热片7位于微通道内板2的正下方其作为实验装置的主加热部分对流入至内板3微槽道上的工质进行加热处理，诱发内板2微槽道中的液体工质发生沸腾两相流现象；其中预加热陶瓷电加热片6、主加热陶瓷电加热片7均外接有直流电源对其分别进行不同加热功率的调节；其中用于预加热陶瓷电加热片6、主加热陶瓷电加热片7应间隔有30mm-40mm的距离，以防止两个陶瓷电加热片在同时工作时有较大的相互干扰。
[0064]
图11为封闭式循环的微通道流动沸腾实验系统的原理示意图；如图11所示，一种诱发两相流的微通道机构，包括：高压储液罐8、磁力齿轮泵9、流量阀10、微孔过滤芯26、流量计27、微通道实验本体28、冷凝单元29、回路辅助设备30以及数据采集单元32；所述的高压储液罐8、磁力齿轮泵9、流量阀10、微孔过滤芯26、流量计27、微通道实验本体28、冷凝单元29串联连接成回路，微通道实验本体28连接有回路辅助设备30以及数据采集单元32，其中，所述高压储液罐8为可承受一定高压的密闭容器，用以盛放实验工质；高压储液罐8顶部安装有压力测控器以及排气阀门；罐身一侧安装有透明玻璃管水位计；
[0065]
所述磁力齿轮泵9驱动实验回路中工质的流动；所述流量计27用以准确测量回路中的流体的流量；
[0066]
所述流量阀10为控制整个回路通断的阀门；
[0067]
所述微孔过滤芯26内的微孔的直径为4-10μm，可以防止回路中的固体杂质进入到实验装置中；
[0068]
所述微通道实验本体28为本发明的本体；
[0069]
所述冷凝单元29由板式换热器以及低温冷水浴箱构成，该冷凝单元29用于对流出微通道实验段的流体工质进行降温处理，使流体工质的温度降低到储液罐内的原始温度值；
[0070]
所述的回路辅助设备30至少包括：高速摄像机、led光源，高速摄像机架设在微通道实验装置的正上方，可以透过透明玻璃盖板4对实验装置中微通道内的流动沸腾情况、流体的流型变化、缓冲腔内的闪蒸沸腾进行拍摄观察，高速摄像机旁边有led光源对实验装置进行照射，其目的是使高速摄像机拍摄的画面更加清晰；所述的数据采集部分主要由数据采集仪和计算机构成，其主要采集的数据为实验装置中3个测量点的温度和压力、磁力流量计中的流量数据、以及架设在实验装置上方的高速摄像机中所拍摄的图像数据。
[0071]
高压储液罐8中的实验工质可以选用去离子水或乙醇等液体，在实验前在需要提前开启储液罐中加热器对储液罐中的实验工质进行提前加热沸腾处理，以除去整个实验回路中流体工质中不凝性气体，沸腾除气后等待储液罐中的流体工质温度降为常温后开始整个实验。
[0072]
回路中的流体工质在磁力齿轮泵9的驱动下流经微孔过滤芯26、流量计27后进入到微通道实验本体28中，在微通道实验本体28中诱发产生沸腾以及闪蒸两相流后流出，后流体工质流经冷凝单元29中经板式换热器散热冷却最后流回高压储液罐8中。
[0073]
诱发产生沸腾以及闪蒸两相流现象，采用去离子水为实验中的流体工质，本发明微通道装置接入整个封闭式循环的实验回路中，常温去离子水经实验回路通过矩形通道入口11进入微通道实验本体28中，在靠近微通道入口11处有三个温度、压力传感器安装的测定孔，分别是：第一温度压力测定孔16、第二温度压力测定孔17、第三温度压力测定孔18，第一温度压力测定孔16对刚进入微通道实验装置中的工质进行温度和压力的第一次测定，去离子水由矩形通道流至外板微槽道入口通道19处，此处有可拆卸l型盖板3；l型盖板3的一侧有凸起微型隔离板结构31，可对外板微槽道入口通道19处进行部分遮挡从而改变进入外板微通道12和薄矩形微通道槽21中的工质压力，对微通道内的工质压力可以进行一定程度的梯度调节。工质由外板微槽道入口通道19流入至外板微通道12处，后经外板微通道12流入内板2微槽道中，其中陶瓷电加热片6位于外板微通道12的下方位置，在实验中充当预加热的热源。在工质进入到微通道装置而未流进薄矩形微通道槽21时对工质进行预加热处理。在靠近外板微通道12的末端处有温度、压力传感器安装的第二温度压力测定孔17，该处可以对已经即将进入到薄矩形微通道槽21的工质的温度和压力进行第二次的测定。当替换l型盖板3并调节陶瓷电加热片6的功率时可以对进入到内板2微槽道中流体工质的压力和温度进行调控，并通过第二温度压力测定孔17内的传感器精确测量温度和压力的值。其中陶瓷电加热片7位于正对于空腔13的下方位置，在实验中作为加热内板2的热源对薄矩形微通道槽21、弧形微通道槽22等内板微槽道进行加热。该陶瓷电加热片7外接有直流电源对其加热功率进行控制。微通道内板2后为缓冲腔14，工质经内板2上的微槽道后流入至缓冲腔14中，后经圆形通道出口15流出微通道实验装置。在靠近圆形通道出口15处有温度、压力传感器安装的第三温度压力测定孔18，此处可以对即将流出实验装置的工质的温度和压力进
行第三次的测定。
[0074]
将薄矩形微通道21的内板安装固定于空腔13中，加热内板2的上表面紧贴于透明玻璃盖板4，透明玻璃盖板4由上密封盖板5覆盖压紧并利用螺钉固定在底座外板1上，使用宽度为2mm的隔离板31的l型盖片3安装于底座外板1的上表面处。切断陶瓷加热片6的电源，维持陶瓷电加热片7的加热功率使加热片的温度维持在200℃左右，随着流体工质在薄矩形微通道槽21中的不断流动，工质自身被不断的加热。当到达自身饱和温度100℃后会在矩形微通道槽21中发生沸腾两相流的现象；微通道实验本体28中第一温度压力测定孔16、第二温度压力测定孔17、第三温度压力测定孔18处的传感器对实验工质进行温度和压力的测量，在实验装置的上方的高速摄像机捕捉微通道21内的沸腾两相流现象的图像信息，将采集到的温度压力及图像数据都传入计算机中进行下一步的数据分析。
[0075]
仍然使用上述的微通道实验装置，只改变陶瓷加热片的加热功率。切断陶瓷电加热片6的电源，维持陶瓷电加热片7的加热功率使加热片的温度维持在350℃左右，持续不断对微通道实验装置进行加热。随着流体工质从外板通道12流入薄矩形微通道槽21时由于此时的内板的温度过高，液体工质接触内板的瞬间将发生过冷沸腾两相流现象；液体工质在薄矩形微通道槽21的壁面发生剧烈的沸腾迅速蒸发为气体，同时在薄矩形微通道槽21的壁面产生杂乱的小气泡，随着这些小气泡脱离壁面在微通道上升和流动的过程中，气泡由于受冷而逐渐变小直至消失。后续随着液体工质在薄矩形微通道槽21中流动，微通道内的工质将缓慢升温直至达到饱和温度，在达到饱和温度后通道内的液体工质仍将在微通道内发生饱和沸腾现象；实验装置中第一温度压力测定孔16、第二温度压力测定孔17、第三温度压力测定孔18处的传感器对实验工质进行温度和压力的测量，在实验装置的上方的高速摄像机捕捉薄矩形微通道槽21内的沸腾两相流现象的图像信息，将采集到的温度压力及图像数据都传入计算机中进行下一步的数据分析。
[0076]
实施例2
[0077]
在弧形微通道上诱发产生沸腾两相流。
[0078]
实验装置详细说明以及实验操作流程参看上述实施例1，替换使用弧形微通道22的内板，其他操作条件和实施例一相同；具体区别如下：
[0079]
将弧形微通道22的内板安装固定于空腔13中并加盖透明玻璃盖板4、透明玻璃盖板4由上密封盖板5覆盖压紧并利用螺钉固定在底座外板1上。与实施例1相同，仍然使用宽度为2mm的隔离板31的l型盖片3安装于底座外板1的上表面处，切断陶瓷加热片的6的电源，维持陶瓷电加热片7的加热功率使加热片的温度维持在200℃左右。随着流体工质在喷管微通道22中的不断流动，工质自身被不断的加热，当到达自身饱和温度100℃后会在喷管微通道22中发生饱和沸腾两相流的现象；因为此时喷管微通道已经由矩形变为圆弧形，微通道内发生的饱和沸腾两相流现象也与实例1中有所不同；
[0080]
改变陶瓷加热片的加热功率，维持陶瓷电加热片7的加热功率使加热片的温度维持在350℃左右，随着流体工质从外板通道12流入喷管微通道22时由于此时的内板2的温度过高，液体工质接触内板2的瞬间将发生过冷沸腾两相流现象。液体工质在微通道32的壁面发生剧烈的沸腾迅速蒸发为气体，同时在微通道22的壁面产生杂乱的小气泡，小气泡在脱离壁面后随着在垂直空间内上升的过程，气泡由于受冷而逐渐变小直至消失。后续随着液体工质不断流入喷管微通道22中，通道内的工质将缓慢升温直至达到饱和温度后仍发生饱
和沸腾现象；同实例1相同，实验装置中第一温度压力测定孔16、第二温度压力测定孔17、第三温度压力测定孔18处的传感器对实验工质进行温度和压力的测量，在实验装置的上方的高速摄像机捕捉微通道22内的沸腾两相流现象的图像信息，将采集到的温度压力及图像数据都传入计算机进行下一步的分析。
[0081]
实施例3
[0082]
在阶梯型微通道上诱发产生沸腾两相流。
[0083]
实验装置详细说明以及实验操作流程参看上述实施例1，替换使用阶梯段微通道23的内板，切断陶瓷电加热片7的电源，维持陶瓷电加热片6的加热功率使加热片的温度维持在98℃左右；
[0084]
替换使用阶梯段微通道23的内板，将其安装固定于空腔13中并加盖透明玻璃盖板4、透明玻璃盖板4由上密封盖板5覆盖压紧并利用螺钉固定在底座外板1上。使用宽度为2mm的隔离板31的l型盖片3安装于实验装置中，固定维持陶瓷电加热片6的加热功率使加热片的温度维持在98℃左右，切断陶瓷电加热片7的电源。所述的阶梯段微通道23为等间隔分布的六个尺寸相同的阶梯段微通道。该微通道前后两段的深度不同，前段与外板微通道12相连接微通道深度与外板微通道相同，后段与空腔14相连接微通道深度变为前段的一半，微通道中段呈现如结构231所示的阶梯状。其中l型盖片3对进入微通道内工质压力进行调节，陶瓷电加热片6对进入到实验装置中的工质进行预加热的处理，控制陶瓷电加热片6的功率，使得预加热后的工质温度略微低于饱和工质饱和温度100℃。在调节工质压力和预加热之后，在测定孔17中重新对工质的温度以及压力进行精准的测量。流体工质经外板微通道12流入到阶梯段微通道23中。在阶梯段微通道23中流动时，由于阶梯段微通道23前后段的通道深度不相同，故通道前后端的通道截面积不相同，前端通道截面积大，后端微通道截面积小。在流体工质从截面积较大的前端流向后端时，经结构231处后，由于通道截面积变化，通道内工质的压力发生突变。由伯努利定律可知在截面积较大的前段通道处流动的流体工质所受的压力较大，而在截面积较小的后段通道处流动的工质压力较小。随着压力的变小液体工质的饱和温度将变小。由于预加热处理后的温度接近工质饱和温度100℃，在阶梯段微通道23的后段处时会由于工质压力的降低而发生沸腾两相流的的现象。在阶梯段微通道23中流动的工质将会出现前段部分不发生沸腾现象，后段部分发生沸腾两相流现象。实验装置中第一温度压力测定孔16、第二温度压力测定孔17、第三温度压力测定孔18处的传感器对实验工质进行温度和压力的测量，在实验装置的上方的高速摄像机捕捉阶梯段微通道23内的沸腾两相流现象的图像信息，将采集到的温度压力及图像数据都传入计算机进行下一步的分析。
[0085]
实施例4
[0086]
替换使用喷管微通道24的内板，切断陶瓷电加热片7的电源，维持陶瓷电加热片6的加热功率使加热片的温度维持在95℃左右；
[0087]
诱发产生闪蒸沸腾两相流现象，采用去离子水为实验中的流体工质，该实验装置接入整个实验回路中，常温去离子水经实验回路流进矩形通道入口11进入微通道实验装置。微通道内板替换为有喷管微通道24的内板，将内板安装固定于空腔13中，上表面紧贴于透明玻璃盖板4，透明玻璃盖板4由上密封盖板5覆盖压紧并利用螺钉固定在底座外板1上。使用宽度为2mm的隔离板31的l型盖片3安装于实验装置中，固定维持陶瓷电加热片6的加热
功率使加热片的温度维持在95℃左右，陶瓷电加热片7不接入电源。其中陶瓷电加热片6对进入到实验装置中的工质进行预加热的处理，预加热后的工质温度低于其饱和温度100℃。预加热之后在测定孔17中重新对工质的温度以及压力进行第二次测定，流体工质经外板微通道12流入到喷管微通道24中。所述的喷管微通道24为等间隔分布的六个喷管微通道，该微通道前端与外板微通道12相连接且通道深度相同，后端有结构241对微通道进行遮挡。其中结构241中对微通道进行部分的遮盖，中间只留出了一个细小的出口，该出口为直径为0.5mm的一个圆形小出口，类似于细小喷管的作用。在工质从结构241出口处流至缓冲腔14中时，由于该处的圆形通道过于的细小迫使原本在微通道高压环境的工质通过结构241这一细小的喷管释放到低于自身饱和蒸气压的缓冲腔14中，在缓冲腔14中液体由于处于非平衡过热状态而发生剧烈的汽化，同时伴随爆炸性的破碎雾化，即所谓闪蒸雾化的两相流现象。其中第一温度压力测定孔16、第二温度压力测定孔17、第三温度压力测定孔18处的传感器对装置内的实验工质进行温度和压力的测量，在实验装置的上方的高速摄像机捕捉微通道24内的闪蒸沸腾两相流现象的图像信息，将采集到的温度压力及图像数据都传入计算机进行下一步的数据分析。
[0088]
实施例5
[0089]
使用喷管微通道24的内板；替换使用隔离板宽度为8mm的l型盖片3，切断陶瓷电加热片7的电源，维持陶瓷电加热片6的加热功率使加热片的温度维持在95℃左右；
[0090]
与实施例4相似，仍然使用喷管微通道24的内板，将内板安装固定于空腔13中，将内板安装固定于空腔13中，上表面紧贴于透明玻璃盖板4，透明玻璃盖板4由上密封盖板5覆盖压紧并利用螺钉固定在底座外板1上。替换使用隔离板宽度为8mm的l型盖片3安装于实验装置中。固定维持陶瓷电加热片6的加热功率使加热片的温度维持在95℃左右，切断陶瓷电加热片7电源。其中l型盖片3对进入微通道内工质压力进行调节，陶瓷电加热片6对进入到实验装置中的工质进行预加热的处理，预加热后的工质温度低于其饱和温度100℃。在调节工质压力和预加热之后，在测定孔17中重新对工质的温度以及压力进行测量。流体工质经外板微通道12流入到喷管微通道24中。工质在喷管微通道24中流动并从结构241出口处流至缓冲腔14中。在使用l型盖板4改变了微通道内的工质的压力后，微通道24内的工质通过结构241这一细小的喷管释放到低于自身饱和蒸气压的缓冲腔14中，仍然将发生闪蒸沸腾的两相流现象。本实例中的闪蒸沸腾的剧烈程度低于实例四闪蒸沸腾现象。其中第二温度压力测定孔17、第三温度压力测定孔18处的传感器对装置内的实验工质进行温度和压力的测量，在实验装置的上方的高速摄像机捕捉缓冲腔14内的闪蒸沸腾两相流现象的图像信息，将采集到的温度压力及图像数据都传入电脑进行下一步的数据分析。
[0091]
上述的实例为本发明的两类实施的方式，但是本发明的实施方式可以根据实际的要求进行进一步的改变，并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。