一种研究不同表面活性剂水溶液的池沸腾传热装置

1.本实用新型涉及一种池沸腾传热装置，尤其涉及一种研究不同表面活性剂水溶液的池沸腾传热装置，具体适用于实验效率高同时测得数据精准的池沸腾传热装置。


背景技术：

2.池沸腾实验装置广泛应用于相变换热实验中，研究池式沸腾不仅对锅炉、蒸发器等传热设备的设计计算有实用意义，而且还可以应用池式沸腾的研究结果去解释具有类似基本沸腾模式但实际复杂得多的流动沸腾现象。
3.现有的沸腾装置由带观察窗的容器、电加热元件和测温装置组成，电加热元件通过金属材质的加热面与容器内的液体接触，电加热元件发热使金属的表面产生气泡，金属表面上的进行的沸腾称为饱和沸腾，通过观察窗观察气泡产生的状态(孤立气泡区、气柱汽块区和膜态沸腾区)，同时测量金属的温度可以技术得出池沸腾实验装置的各项数据。
4.虽然这种沸腾装置可以通过饱和沸腾状态，但其仍存在以下缺陷：
5.1、对不同的待实验的沸腾工质进行试验时，往往需要不同形状的加热面，必须从电加热元件上更换加热面，但拆除过程较为复杂，大大增加了实验的准备时间，降低了实验效率。
6.2、系统压力的恒定和液位的恒定是影响池式沸腾的重要因素，为了同时保持系统压力的恒定和液位的恒定一般需要复杂的恒压控制器，使实验装置臃肿。
7.3、常规的电加热元件无法保证加热温度均匀，容易产生起始段温度畸变。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是克服现有技术中存在的实验的准备时间长、效率低同时加热温度不均匀导致数据有误差的缺点，提供了一种实验效率高同时测得数据精准的池沸腾传热装置。
9.为实现以上目的，本实用新型的技术解决方案是：
10.一种研究不同表面活性剂水溶液的池沸腾传热装置，所述传热装置包括：沸腾池、底座、加热系统、分析系统和供电系统；所述沸腾池为透明容器，所述沸腾池固定设置于底座的顶部，所述底座内部设置有加热系统，所述加热系统上设置有可拆卸的加热表面，所述加热系统的加热表面设置于沸腾池内部，所述加热系统通过供电系统供电，所述分析系统的监测探头正对沸腾池的侧壁设置，所述分析系统包括侧部温度传感器和多个底部温度传感器，所述侧部温度传感器设置于沸腾池内，多个底部温度传感器均设置于沸腾池和底座之间。
11.所述沸腾池包括沸腾腔体和沸腾腔上盖，所述沸腾腔体和沸腾腔上盖可拆卸的密封配合，所述沸腾腔体底板的中部开设有加热孔，所述加热孔的底部固定设置有底座，所述底座内部设置有加热系统，所述加热系统的加热表面正对加热孔设置，所述沸腾腔体的底部设置有排水口，所述排水口穿过沸腾腔体的底板后与沸腾腔体固定连接，所述沸腾腔上
盖的顶部固定设置有压力表，所述压力表的探头穿过沸腾腔上盖后与沸腾腔上盖固定连接。
12.所述底座包括基座、铜柱和方形柱，所述基座为盘状结构，所述铜柱为圆柱结构，所述铜柱的顶部固定设置有方形柱，所述基座的顶部与铜柱的底部固定连接，所述方形柱穿过加热孔后与沸腾腔体固定连接，所述方形柱的顶部设置有可拆卸的加热表面，所述方形柱顶部的加热表面高于与沸腾腔体底板的顶部，所述铜柱和方形柱的内部均开设有空腔，所述铜柱内部的空腔内设置有加热系统，所述方形柱内部的空腔内由上至下设置有多个底部温度传感器。
13.所述加热系统包括主加热棒和辅助加热棒，所述主加热棒固定设置于铜柱内部的空腔内，所述主加热棒与铜柱过渡配合，所述辅助加热棒设置于沸腾腔体内，所述辅助加热棒固定设置于沸腾腔体的底部。
14.所述分析系统包括电脑、智能巡检仪、高速摄像机、侧部温度传感器和多个底部温度传感器,所述电脑、智能巡检仪和高速摄像机设置于沸腾腔体外部，所述高速摄像机的摄像头正对沸腾腔体的侧壁设置，所述侧部温度传感器设置于沸腾腔体内部，所述侧部温度传感器近沸腾腔体的底板设置，多个底部温度传感器由上至下等间距的设置于方形柱内部的空腔内；所述电脑与智能巡检仪之间通过信号线相连接，所述高速摄像机的视频信号输出端与智能巡检仪的视频信号输入端相连接，所述侧部温度传感器和多个底部温度传感器的温度信号输出端均与智能巡检仪的温度信号输入端相连接。
15.所述供电系统包括稳压器、调压器和电参数测量仪，所述稳压器的电流输入端与外部电源相连通，所述稳压器的电流输出端与调压器的电流输入端相连通，所述调压器的电流输出端分别与主加热棒和辅助加热棒的电流输入端相连通。
16.所述传热装置还包括蛇形冷凝管，所述蛇形冷凝管固定设置于沸腾腔上盖上，所述蛇形冷凝管内管的两端均穿过沸腾腔上盖后与沸腾腔体内部相连通。
17.所述底座还包括保温棉，所述保温棉均匀包裹在铜柱和方形柱的侧部。
18.所述沸腾池为石英玻璃材料制成，所述铜柱内开设有多个圆孔，多个圆孔以蜂窝状结构竖直设置于铜柱内，加热系统包括多根主加热棒，多根主加热棒均匀设置于铜柱内的各个圆孔内。
19.所述铜柱内开设有七个圆孔，七个圆孔以蜂窝状结构竖直设置于铜柱内，所述方形柱内开设有三个空腔，上、下相邻空腔之间的间距相等。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
21.1、本实用新型一种研究不同表面活性剂水溶液的池沸腾传热装置中铜柱与方形柱固定连接，铜柱内设置有主加热棒，主加热棒通电时可以加热铜柱，此时铜柱通过热传递使方形柱同步升温，方形柱的顶部设置有可拆卸的加热表面，加热表面对沸腾池内待实验的沸腾工质进行加热，同时加热表面可以根据沸腾工质和实验需求的不同方便的进行更换。因此，本设计可以通过主加热棒对加热表面进行升温，同时加热表面可以方便的更换，有效提高了实验效率，缩短实验时间。
22.2、本实用新型一种研究不同表面活性剂水溶液的池沸腾传热装置中沸腾腔上盖上设置有蛇形冷凝管和压力表，蛇形冷凝管可以将实验过程中产生的水蒸气经冷凝后输送回沸腾腔体内，补充液位高度，使沸腾腔体内液位高度保持一致，避免实验数据产生误差，
压力表可以监测沸腾腔体内的压力，避免沸腾腔体内压力异常。因此，本设计可以通过蛇形冷凝管补充液位高度，同时通过压力表可以监测沸腾腔体内的压力，有效实验准确性，避免实验数据误差。
23.3、本实用新型一种研究不同表面活性剂水溶液的池沸腾传热装置中铜柱内竖直开设有七个圆孔，七个圆孔以蜂窝状结构竖直设置于铜柱内，多根主加热棒均匀设置于铜柱内的各个圆孔内，同时方形柱内开设有三个空腔，上、下相邻空腔之间的间距相等。因此，本设计可以通过均匀设置的多根主加热棒对铜柱进行加热，使铜柱各区域均匀受热，同时底部温度传感器与主加热棒之间存在具体，可以消除起始段温度畸变的影响，有效提高实验数据的精准性。
24.4、本实用新型一种研究不同表面活性剂水溶液的池沸腾传热装置中还包括辅助加热棒和侧部温度传感器，辅助加热棒设置于沸腾腔体内，可以直接对沸腾腔体内待实验的沸腾工质进行加热，侧部温度传感器可以直接测量待实验的沸腾工质的温度，满足特殊的试验需求。因此，本设计可以通过辅助加热棒直接加热沸腾工质，并通过侧部温度传感器测量沸腾工质温度，有效传热装置的适用范围。
附图说明
25.图1是本实用新型的结构示意图。
26.图2是图1中铜柱的结构示意图。
27.图3是图1中铜柱的仰视图。
28.图中：沸腾池1、沸腾腔体11、沸腾腔上盖12、加热孔13、排水口14、压力表15、底座2、基座21、铜柱22、方形柱23、保温棉24、加热系统3、主加热棒31、辅助加热棒32、分析系统4、电脑41、智能巡检仪42、高速摄像机43、侧部温度传感器44、底部温度传感器45、供电系统5、稳压器51、调压器52、电参数测量仪53、蛇形冷凝管6。
具体实施方式
29.以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
30.参见图1至图3，一种研究不同表面活性剂水溶液的池沸腾传热装置，所述传热装置包括：沸腾池1、底座2、加热系统3、分析系统4和供电系统5；所述沸腾池1为透明容器，所述沸腾池1固定设置于底座2的顶部，所述底座2内部设置有加热系统3，所述加热系统3上设置有可拆卸的加热表面，所述加热系统3的加热表面设置于沸腾池1内部，所述加热系统3通过供电系统5供电，所述分析系统4的监测探头正对沸腾池1的侧壁设置，所述分析系统4包括侧部温度传感器44和多个底部温度传感器45，所述侧部温度传感器44设置于沸腾池1内，多个底部温度传感器45均设置于沸腾池1和底座2之间。
31.所述沸腾池1包括沸腾腔体11和沸腾腔上盖12，所述沸腾腔体11和沸腾腔上盖12可拆卸的密封配合，所述沸腾腔体11底板的中部开设有加热孔13，所述加热孔13的底部固定设置有底座2，所述底座2内部设置有加热系统3，所述加热系统3的加热表面正对加热孔13设置，所述沸腾腔体11的底部设置有排水口14，所述排水口14穿过沸腾腔体11的底板后与沸腾腔体11固定连接，所述沸腾腔上盖12的顶部固定设置有压力表15，所述压力表15的探头穿过沸腾腔上盖12后与沸腾腔上盖12固定连接。
32.所述底座2包括基座21、铜柱22和方形柱23，所述基座21为盘状结构，所述铜柱22为圆柱结构，所述铜柱22的顶部固定设置有方形柱23，所述基座21的顶部与铜柱22的底部固定连接，所述方形柱23穿过加热孔13后与沸腾腔体11固定连接，所述方形柱23的顶部设置有可拆卸的加热表面，所述方形柱23顶部的加热表面高于与沸腾腔体11底板的顶部，所述铜柱22和方形柱23的内部均开设有空腔，所述铜柱22内部的空腔内设置有加热系统3，所述方形柱23内部的空腔内由上至下设置有多个底部温度传感器45。
33.所述加热系统3包括主加热棒31和辅助加热棒32，所述主加热棒31固定设置于铜柱22内部的空腔内，所述主加热棒31与铜柱22过渡配合，所述辅助加热棒32设置于沸腾腔体11内，所述辅助加热棒32固定设置于沸腾腔体11的底部。
34.所述分析系统4包括电脑41、智能巡检仪42、高速摄像机43、侧部温度传感器44和多个底部温度传感器45,所述电脑41、智能巡检仪42和高速摄像机43设置于沸腾腔体11外部，所述高速摄像机43的摄像头正对沸腾腔体11的侧壁设置，所述侧部温度传感器44设置于沸腾腔体11内部，所述侧部温度传感器44近沸腾腔体11的底板设置，多个底部温度传感器45由上至下等间距的设置于方形柱23内部的空腔内；所述电脑41与智能巡检仪42之间通过信号线相连接，所述高速摄像机43的视频信号输出端与智能巡检仪42的视频信号输入端相连接，所述侧部温度传感器44和多个底部温度传感器45的温度信号输出端均与智能巡检仪42的温度信号输入端相连接。
35.所述供电系统5包括稳压器51、调压器52和电参数测量仪53，所述稳压器51的电流输入端与外部电源相连通，所述稳压器51的电流输出端与调压器52的电流输入端相连通，所述调压器52的电流输出端分别与主加热棒31和辅助加热棒32的电流输入端相连通。
36.所述传热装置还包括蛇形冷凝管6，所述蛇形冷凝管6固定设置于沸腾腔上盖12上，所述蛇形冷凝管6内管的两端均穿过沸腾腔上盖12后与沸腾腔体11内部相连通。
37.所述底座2还包括保温棉24，所述保温棉24均匀包裹在铜柱22和方形柱23的侧部。
38.所述沸腾池1为石英玻璃材料制成，所述铜柱22内开设有多个圆孔，多个圆孔以蜂窝状结构竖直设置于铜柱22内，加热系统3包括多根主加热棒31，多根主加热棒31均匀设置于铜柱22内的各个圆孔内。
39.所述铜柱22内开设有七个圆孔，七个圆孔以蜂窝状结构竖直设置于铜柱22内，所述方形柱23内开设有三个空腔，上、下相邻空腔之间的间距相等。
40.本实用新型的原理说明如下：
41.使用本设计进行的池沸腾换热实验包括以下步骤：
42.第一步：常温检漏，在沸腾腔体11中倒入去离子水并记录液位高度，盖上沸腾腔上盖12后密封放置24小时，24小时后观察液位高度，当液位高度变化低于0.5mm则进入第二步高温检漏，若液位高度变化高于0.5mm，则更换沸腾池1重复第一步常温检漏步骤；
43.第二步：高温检漏，在沸腾腔体11中倒入去离子水并记录液位高度，开启供电系统5，通过加热系统3加热沸腾腔体11内的去离子水直到去离子水沸腾，去离子水持续沸腾状态30分钟后关闭加热系统3，待水温降至初始温度后观察液位高度，当液位高度变化低于0.5mm则进入第三步预热步骤，若液位高度变化高于0.5mm，则更换沸腾池1重复第一步常温检漏步骤和第二步高温检漏步骤；
44.第三步：预热步骤，加热待实验的沸腾工质至60摄氏度，使用一定量的沸腾工质对
沸腾腔体11和蛇形冷凝管6进行冲洗及润湿，并进入第四步加热步骤；
45.第四步：加热步骤，将预热好的沸腾工质加入到沸腾腔体11至60mm液位高度，将蛇形冷凝管6安装到沸腾腔上盖12上，并将沸腾腔上盖12安装至沸腾腔体11上，开启供电系统5，将调压器52的功率调整至实验设定值，通过加热系统3加热沸腾腔体11内的沸腾工质进行加热，通过智能巡检仪42观测铜柱内底部温度传感器45温度值，待底部温度传感器45的温度值5分钟内变化小于0.2摄氏度时，分别记录各底部温度传感器45的温度值为t1、t2和t3，然后加大调压器52的功率，待底部温度传感器45温度值稳定后，再次记录温度值，重复此步骤，直到完成实验预定的数据测量，此时进入第五步热流密度；
46.第五步：计算热流密度，记录多个底部温度传感器45之间间距为δ，计算各个底部温度传感器45与方形柱23顶部的距离分别为x1、x2和x3， 根据以下公式计算得到热流密度q：
[0047][0048]
当计算得到热流密度q后进入第六步计算铜柱表面温度；
[0049]
第六步：计算铜柱表面温度，根据计算得到的热流密度q通过以下公式进一步计算得到铜柱表面温度tw：
[0050][0051]
当计算得到铜柱表面温度tw后进入第七步计算加热面的壁面过热度；
[0052]
第七步：计算加热面的壁面过热度，根据计算得到的铜柱表面温度tw通过以下公式进一步计算得到加热面的壁面过热度δt：
[0053][0054]
当计算得到加热面的壁面过热度δt后进入第八步计算溶液沸腾换热系数h；
[0055]
第八步：计算溶液沸腾换热系数h，根据计算得到的加热面的壁面过热度δt通过以下公式进一步计算得到溶液沸腾换热系数h：
[0056][0057]
当计算得到溶液沸腾换热系数h后实验结束。
[0058]
实施例1：
[0059]
一种研究不同表面活性剂水溶液的池沸腾传热装置，所述传热装置包括：沸腾池1、底座2、加热系统3、分析系统4和供电系统5；所述沸腾池1为透明容器，所述沸腾池1固定设置于底座2的顶部，所述底座2内部设置有加热系统3，所述加热系统3上设置有可拆卸的加热表面，所述加热系统3的加热表面设置于沸腾池1内部，所述加热系统3通过供电系统5供电，所述分析系统4的监测探头正对沸腾池1的侧壁设置，所述分析系统4包括侧部温度传感器44和多个底部温度传感器45，所述侧部温度传感器44设置于沸腾池1内，多个底部温度传感器45均设置于沸腾池1和底座2之间；所述沸腾池1包括沸腾腔体11和沸腾腔上盖12，所
述沸腾腔体11和沸腾腔上盖12可拆卸的密封配合，所述沸腾腔体11底板的中部开设有加热孔13，所述加热孔13的底部固定设置有底座2，所述底座2内部设置有加热系统3，所述加热系统3的加热表面正对加热孔13设置，所述沸腾腔体11的底部设置有排水口14，所述排水口14穿过沸腾腔体11的底板后与沸腾腔体11固定连接，所述沸腾腔上盖12的顶部固定设置有压力表15，所述压力表15的探头穿过沸腾腔上盖12后与沸腾腔上盖12固定连接；所述底座2包括基座21、铜柱22和方形柱23，所述基座21为盘状结构，所述铜柱22为圆柱结构，所述铜柱22的顶部固定设置有方形柱23，所述基座21的顶部与铜柱22的底部固定连接，所述方形柱23穿过加热孔13后与沸腾腔体11固定连接，所述方形柱23的顶部设置有可拆卸的加热表面，所述方形柱23顶部的加热表面高于与沸腾腔体11底板的顶部，所述铜柱22和方形柱23的内部均开设有空腔，所述铜柱22内部的空腔内设置有加热系统3，所述方形柱23内部的空腔内由上至下设置有多个底部温度传感器45；所述加热系统3包括主加热棒31和辅助加热棒32，所述主加热棒31固定设置于铜柱22内部的空腔内，所述主加热棒31与铜柱22过渡配合，所述辅助加热棒32设置于沸腾腔体11内，所述辅助加热棒32固定设置于沸腾腔体11的底部；所述分析系统4包括电脑41、智能巡检仪42、高速摄像机43、侧部温度传感器44和多个底部温度传感器45,所述电脑41、智能巡检仪42和高速摄像机43设置于沸腾腔体11外部，所述高速摄像机43的摄像头正对沸腾腔体11的侧壁设置，所述侧部温度传感器44设置于沸腾腔体11内部，所述侧部温度传感器44近沸腾腔体11的底板设置，多个底部温度传感器45由上至下等间距的设置于方形柱23内部的空腔内；所述电脑41与智能巡检仪42之间通过信号线相连接，所述高速摄像机43的视频信号输出端与智能巡检仪42的视频信号输入端相连接，所述侧部温度传感器44和多个底部温度传感器45的温度信号输出端均与智能巡检仪42的温度信号输入端相连接；所述供电系统5包括稳压器51、调压器52和电参数测量仪53，所述稳压器51的电流输入端与外部电源相连通，所述稳压器51的电流输出端与调压器52的电流输入端相连通，所述调压器52的电流输出端分别与主加热棒31和辅助加热棒32的电流输入端相连通；所述传热装置还包括蛇形冷凝管6，所述蛇形冷凝管6固定设置于沸腾腔上盖12上，所述蛇形冷凝管6内管的两端均穿过沸腾腔上盖12后与沸腾腔体11内部相连通；所述底座2还包括保温棉24，所述保温棉24均匀包裹在铜柱22和方形柱23的侧部。
[0060]
实施例2：
[0061]
实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：
[0062]
所述沸腾池1为石英玻璃材料制成，所述铜柱22内开设有多个圆孔，多个圆孔以蜂窝状结构竖直设置于铜柱22内，加热系统3包括多根主加热棒31，多根主加热棒31均匀设置于铜柱22内的各个圆孔内。
[0063]
实施例3：
[0064]
实施例3与实施例2基本相同，其不同之处在于：
[0065]
所述铜柱22内开设有七个圆孔，七个圆孔以蜂窝状结构竖直设置于铜柱22内，所述方形柱23内开设有三个空腔，上、下相邻空腔之间的间距相等。