本發(fā)明涉及湍流領(lǐng)域,特別涉及一種熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù):
自由運(yùn)動(dòng)換熱是現(xiàn)在科學(xué)研究的熱門之一,自由運(yùn)動(dòng)換熱是指參與換熱的流體由于各部分溫度不均勻而形成密度差,從而在重力場(chǎng)或者其他力場(chǎng)中產(chǎn)生浮升力,在所述浮升力引發(fā)的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的換熱過程。
自由運(yùn)動(dòng)換熱現(xiàn)象廣泛存在于工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域,例如,熱力管道、熱力設(shè)備、鍋爐爐體等與周圍的環(huán)境之間的換熱都是自由運(yùn)動(dòng)換熱,自由運(yùn)動(dòng)換熱的強(qiáng)度取決于流體沿固體換熱表面的流動(dòng)狀態(tài)及其發(fā)展情況,而這些又與流體流動(dòng)的空間和換熱表面的形狀、尺寸、表面與流體之間的溫差、流體的種類與物性參數(shù)等許多因素有關(guān),是一個(gè)受眾多因素影響的復(fù)雜過程。
但是,現(xiàn)在對(duì)自由運(yùn)動(dòng)換熱的研究仍然處于探索階段,亟需更好的裝置對(duì)自由運(yùn)動(dòng)換熱進(jìn)行深入的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明解決的問題是提供一種更佳的研究自由運(yùn)動(dòng)換熱的熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置。
本發(fā)明提供一種熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置,包括:殼體,所述殼體限定有空腔,所述空腔用于裝載流體;頂板和底板,所述頂板與所述殼體的頂部可拆卸地緊固連接,所述底板與所述殼體的底部可拆卸地緊固連接;其中,所述頂板包括第一溫度控制器,所述底板包括第二溫度控制器,其中,所述第一溫度控制器可控地設(shè)置為第一溫度,所述第二溫度控制器可控地設(shè)置為第二溫度且第一溫度、第二溫度和流體溫度彼此不同,使得所述流體形成對(duì)流;設(shè)置在頂板內(nèi)的第一溫度傳感器,所述第一溫度傳感器監(jiān)控第一溫度;設(shè)置在底板內(nèi)的第二溫度傳感器,所述第二溫度傳感器監(jiān)控第二溫度;設(shè)置在空腔內(nèi)的第三溫度傳感器,所述第三溫度傳感器監(jiān)控流體的溫度;溫度調(diào)節(jié)器,所述溫度調(diào)節(jié)器接收第一溫度和第二溫度,并根據(jù)第一溫度、第二溫度和流體的溫度,調(diào)節(jié)第一溫度和第二溫度。
可選的,所述頂板朝向腔體的表面為粗糙表面。
可選的,所述頂板朝向腔體的表面具有若干金字塔狀凸起。
可選的,所述金字塔狀凸起的底面為正方形,側(cè)面為等邊三角形。
可選的,所述底板朝向腔體的表面為粗糙表面。
可選的,所述底板朝向腔體的表面具有若干金字塔狀凸起。
可選的,所述金字塔狀凸起的底面為正方形,側(cè)面為等邊三角形。
可選的,所述第一溫度控制器為雙螺旋水冷器或加熱器。
可選的,所述第二溫度控制器為雙螺旋水冷器或加熱器。
可選的,所述第一溫度控制器線性可控地設(shè)置第一溫度且所述第二溫度控制器拋物線可控地設(shè)置第二溫度;或所述第一溫度控制器脈沖可控地設(shè)置第一溫度且所述第二溫度控制器拋物線可控地設(shè)置第二溫度;或所述第一溫度控制器脈沖可控地設(shè)置第一溫度且所述第二溫度控制器線性可控地設(shè)置第二溫度;或所述第一溫度控制器階梯可控地設(shè)置第一溫度且所述第二溫度控制器階梯可控地設(shè)置第二溫度;或所述第一溫度控制器階梯可控地設(shè)置第一溫度且所述第二溫度控制器線性可控地設(shè)置第二溫度;或所述第一溫度控制器階梯可控地設(shè)置第一溫度且所述第二溫度控制器拋物線可控地設(shè)置第二溫度;或所述第一溫度控制器階梯可控地設(shè)置第一溫度且所述第二溫度控制器拋物線可控地設(shè)置第二溫度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本申請(qǐng)的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)施例的熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置能夠迅速地且可控地形成較高的瑞利數(shù)(大于等于1014)且對(duì)其有效實(shí)時(shí)監(jiān)控。
附圖說明
圖1為一實(shí)施例的熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置示意圖;
圖2為一實(shí)施例的頂板的示意圖;
圖3為一實(shí)施例的頂部的分解示意圖;
圖4為一實(shí)施例的底板的示意圖。
圖5和圖6為一實(shí)施例的熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置放置于湍流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的示意圖。
具體實(shí)施方式
自由運(yùn)動(dòng)換熱涉及很多領(lǐng)域,例如,大自然的大氣對(duì)流和地幔對(duì)流、生活中電腦CPU散熱、核電站的冷卻塔冷卻等。對(duì)自由運(yùn)動(dòng)換熱的研究是現(xiàn)在的一個(gè)熱點(diǎn)。但是,現(xiàn)在尚無一種能夠迅速地且可控地形成迅速地且可控地形成較高的瑞利數(shù)(大于等于1014)且對(duì)其有效實(shí)時(shí)監(jiān)控的實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置。
為了便于理解本申請(qǐng),對(duì)湍流流動(dòng)的進(jìn)行如下定義:
湍流是流體的一種流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)流速很小時(shí),流體分層流動(dòng),互不混合,稱為層流,也稱為穩(wěn)流或片流;逐漸增加流速,流體的流線開始出現(xiàn)波浪狀的擺動(dòng),擺動(dòng)的頻率及振幅隨流速的增加而增加,此種流況稱為過渡流;當(dāng)流速增加到很大時(shí),流線不再清楚可辨,流場(chǎng)中有許多小漩渦,層流被破壞,相鄰流層間不但有滑動(dòng),還有混合,形成湍流,又稱為亂流、擾流或紊流。
在自然界中,我們常遇到流體作湍流,如江河急流、空氣流動(dòng)、煙囪排煙等都是湍流。
湍流是在大雷諾數(shù)下發(fā)生的,雷諾數(shù)較小時(shí),黏滯力對(duì)流場(chǎng)的影響大于慣性力,流場(chǎng)中流速的擾動(dòng)會(huì)因黏滯力而衰減,流體流動(dòng)穩(wěn)定,為層流;反之,若雷諾數(shù)較大時(shí),慣性力對(duì)流場(chǎng)的影響大于黏滯力,流體流動(dòng)較不穩(wěn)定,流速的微小變化容易發(fā)展、增強(qiáng),形成紊亂、不規(guī)則的湍流流場(chǎng)。
當(dāng)流速逐漸增大時(shí),流動(dòng)會(huì)從層流狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)化為湍流狀態(tài):為了能夠普遍性的研究流動(dòng)問題,將流速進(jìn)行無量綱化轉(zhuǎn)變雷諾數(shù)(Reynolds number,縮寫為Re,一種可用來表征流體流動(dòng)情況的無量綱數(shù))。
其中,
v、ρ、μ分別為流體的流速、密度與黏性系數(shù),d為一特征長(zhǎng)度。例如流體流過圓形管道,則d為管道的當(dāng)量直徑。利用雷諾數(shù)可區(qū)分流體的流動(dòng)是層流或湍流,也可用來確定物體在流體中流動(dòng)所受到的阻力。
雷諾數(shù)較小時(shí),粘滯力對(duì)流場(chǎng)的影響大于慣性,流場(chǎng)中流速的擾動(dòng)會(huì)因粘滯力而衰減,流體流動(dòng)穩(wěn)定,為層流;反之,若雷諾數(shù)較大時(shí),慣性對(duì)流場(chǎng)的影響大于粘滯力,流體流動(dòng)較不穩(wěn)定,流速的微小變化容易發(fā)展、增強(qiáng),形成紊亂、不規(guī)則的紊流流場(chǎng)。
而同樣在熱對(duì)流中,同樣會(huì)遇到層流流動(dòng)和湍流流動(dòng)的現(xiàn)象,由于熱對(duì)流是由于溫度導(dǎo)致液體的浮力產(chǎn)生變化,進(jìn)而產(chǎn)生流動(dòng)的現(xiàn)象,并且熱力流動(dòng)和液體的熱導(dǎo)率以及黏性系數(shù)有關(guān),為此,使用瑞利數(shù)(Rayleigh number,縮寫為Ra)來替代雷諾數(shù)進(jìn)行研究。
其中,
g是重力加速度,β是液體的熱擴(kuò)散系數(shù),Δ是溫差,υ是液體的動(dòng)力黏性系數(shù),κ是液體的熱擴(kuò)散系數(shù)。當(dāng)Ra超過1010時(shí),流動(dòng)變?yōu)橥牧鳡顟B(tài)。
然而要研究瑞利數(shù)較高的湍流狀態(tài),作為一些實(shí)施例,可以通過提升上下板的溫差,以及加熱以及冷卻板的距離來進(jìn)行研究,或者選用熱擴(kuò)散系數(shù)高,動(dòng)力粘度以及熱擴(kuò)散系數(shù)底的液體來進(jìn)行研究,然而由于物質(zhì)沸點(diǎn)限制,溫差不能提升過高;而由于實(shí)驗(yàn)條件限制,容器高度也不能過高。
基于上述條件,使用氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的公式為:
Ra=βgL3ΔTρ2Cp/(λη)
其中η=ρυ,
λ=ρCpκ,
其中Cp是氣體的熱容量,由公式得知
Ra公式中分母各項(xiàng)均不受壓強(qiáng)影響
即,Ra∝ΔTρ2∝ΔTρ2M2
M為所用氣體的相對(duì)分子質(zhì)量;
由于實(shí)驗(yàn)條件所限制,在一些實(shí)施例中,設(shè)定溫差有限,所以為了得到更高的湍流度,采取綜合控制壓強(qiáng)以及溫差的方式來得到更高的瑞利數(shù)(1014)。
但是在實(shí)驗(yàn)過程中,壓強(qiáng)提高的同時(shí),空間內(nèi)部水蒸氣會(huì)液化,增大空間內(nèi)部的濕度,從而改變空間內(nèi)部的密度ρ以及熱導(dǎo)率β,熱擴(kuò)散系數(shù)κ,動(dòng)力粘度υ,因此,需要根據(jù)壓強(qiáng)增大的情況,進(jìn)行維持濕度,從而保持以上各項(xiàng)物性參數(shù)不變,否則,測(cè)量得到的瑞利數(shù)則會(huì)有較大偏差。
在一些實(shí)施例中,在高壓下研究湍流時(shí),由于壓強(qiáng)過高,會(huì)導(dǎo)致水蒸氣液化,使得氣體相關(guān)的各項(xiàng)物性參數(shù)改變,這樣便會(huì)導(dǎo)致Ra數(shù)的變化。
為此,本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置,能夠迅速地且可控地形成較高的瑞利數(shù)(大于等于1014)且對(duì)其有效實(shí)時(shí)監(jiān)控。
作為一些實(shí)施例,本申請(qǐng)的熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置包括:殼體,頂板和底板。進(jìn)一步的,本申請(qǐng)的熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置還可以包括可控設(shè)置溫度的第一溫度控制器和第二溫度控制器且第一溫度、第二溫度和裝載在殼體內(nèi)的流體的溫度彼此都不相同,以使得所述流體迅速地且可控地形成對(duì)流。
在一些實(shí)施例中,本申請(qǐng)的熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置還可以包括第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器和溫度調(diào)節(jié)器,其中第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器設(shè)置在特定的位置,分別監(jiān)控第一溫度、第二溫度和流體溫度,而溫度調(diào)節(jié)器接收第一溫度和第二溫度,并根據(jù)第一溫度、第二溫度和流體的溫度,調(diào)節(jié)第一溫度和第二溫度。
請(qǐng)參考圖1,在一些實(shí)施例中,殼體110為圓筒狀,立方體狀,長(zhǎng)方體狀,球體狀,類圓筒狀,類立方體狀,類長(zhǎng)方體狀,類球體狀,或不規(guī)則體狀。
所述殼體110的材料為塑料、陶瓷或合金,作為一些實(shí)施例,所述殼體100的材料為亞格力。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要選擇所述殼體110的厚度,在此特意說明,不應(yīng)過分限制本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。所述殼體110的厚度為1cm-5cm,較佳地,所述殼體110的厚度為1.5cm-2cm。為了能夠避免系統(tǒng)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行而導(dǎo)致的氧化現(xiàn)象,所述殼體110的內(nèi)側(cè)進(jìn)行鍍鉻,其厚度大約為5mm,從而有效的避免了銹蝕問題。在一些實(shí)施例中,所述殼體110的高度為200cm-300cm。
所述殼體110限定有空腔,所述空腔用于裝載流體以形成熱對(duì)流,所述流體可以為水或其他液體。所述空腔的尺寸應(yīng)該設(shè)置為能夠放置實(shí)驗(yàn)所需的器件。在一些實(shí)施例中,所述流體較佳地選用全氟己烷,作為一些實(shí)施例,選用熱膨脹系數(shù)是0.00156m2/k,動(dòng)力粘度是0.38*10-6m/s2,熱擴(kuò)散系數(shù)為3.34*10-8/s2。在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下(同樣溫差以及容器),Ra至少能夠達(dá)到原來的50倍。
請(qǐng)繼續(xù)參考圖1,在一些實(shí)施例中,頂板120與所述殼體110的頂部可拆卸地緊固連接,以密封所述殼體110的頂部。作為一些實(shí)施例,所述頂板120的周向設(shè)置有多個(gè)貫穿所述頂板120的螺孔,所述殼體110的頂部也設(shè)置有與所述頂板120的螺孔對(duì)應(yīng)的螺孔,采用螺栓將所述頂板120與所述殼體110進(jìn)行固定。在其他的一些實(shí)施例中,也可以采用鎖扣、卡扣或螺紋等固定方式,將所述頂板120與所述殼體110進(jìn)行緊固連接。在一些實(shí)施例中,所述頂板120的厚度為1cm-5cm;頂板120沿殼體長(zhǎng)度方向的剖面形狀為圓形,所述頂板120的直徑為30cm至70cm。為了能夠避免系統(tǒng)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行而導(dǎo)致的氧化現(xiàn)象,所述頂板120的內(nèi)側(cè)進(jìn)行鍍鉻,其厚度大約為5mm,從而有效的避免了銹蝕問題。
在一些實(shí)施例中,所述頂板120的厚度如果太小容易由于溫度波動(dòng)的影響導(dǎo)致溫度不均勻,如果太厚則可能導(dǎo)致所需均勻時(shí)間太長(zhǎng)從而不易于探測(cè)其實(shí)際溫度。作為一些實(shí)施例,所述頂板120的厚度較佳為1.5cm-2cm。
在一些實(shí)施例中,所述頂板120朝向腔體的表面為粗糙表面。在另一些實(shí)施例中,請(qǐng)參考圖2,所述頂板120朝向腔體的表面具有若干金字塔狀凸起。在一些實(shí)施例中,所述金字塔狀凸起的底面為正方形,側(cè)面為等邊三角形。以利于加快形成熱對(duì)流。在一些實(shí)施例中,所述頂板120的表面為光滑表面。在一些實(shí)施例中,所述頂板120的表面為可更換表面,所述頂板120的表面可以拆卸以更換不同的邊界條件。
在一些實(shí)施例中,所述頂板120的材料為金屬材料、塑料材料或者復(fù)合材料,例如304號(hào)不銹鋼。
在一些實(shí)施例中,請(qǐng)參考圖3,所述頂板120包括:可更換的隔離板121以及雙螺旋水冷器122。所述雙螺旋水冷器122包括兩條分立的螺旋水冷通道123,從而能夠以較小的溫差對(duì)腔體內(nèi)的液體進(jìn)行可控精確降溫。在一些實(shí)施例中,所述頂板120可以包括單螺旋水冷器;在一些實(shí)施例中,所述頂板120可以包括柵欄式水冷器。所述頂板120的水冷器耦接控制主機(jī),通過控制主機(jī),可以直接在溫度設(shè)置界面上設(shè)置水冷的溫度和速率。
在一些實(shí)施例中,所述頂板120可以由雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)成,具體包括:下密封板,所述下密封板可以自由更替,所述下密封板用于密封所述殼體110的頂部。所述下密封板材料可以是亞克力板。所述下密封板朝向腔體的表面為可以為粗糙表面或者為光滑表面。并且可以根據(jù)實(shí)際需要,進(jìn)行更替。設(shè)置在下密封板上的水冷器,在一些實(shí)施例中,所述水冷器為雙螺旋水冷器。在一些實(shí)施例中,所述水冷器還包括溫度探測(cè)器,且所述水冷器耦接控制主機(jī),通過控制主機(jī),可以控制水冷卻的流速、流量以及通過的液體類型。在一些實(shí)施例中,以雙螺旋水冷器為例,兩條分立的螺旋水冷通道可以通過相同的流速、流量以及液體類型,也可以通過不同的流速、流量以及液體類型。例如,第一螺旋水冷通道可以以第一流速和第一流量通過第一類型的水冷液進(jìn)行冷卻,第二螺旋水冷通道可以以第二流速和第二流量通過第二類型的水冷液進(jìn)行冷卻。第一流速可以與第二流速相同或不同,第一流量可以與第二流量相同或不同。作為一些實(shí)施例,第一類型的水冷液可以是水,第二類型的水冷液可以是乙醇或丙酮。
需要說明的是,在一些實(shí)施例中,所述水冷器的底面也可以為可更換的粗糙表面或者為光滑表面,在一些實(shí)施例中,將所述水冷器設(shè)置為直接朝向腔體。所述水冷器朝向腔體的表面具有若干金字塔狀凸起。在一些實(shí)施例中,所述金字塔狀凸起的底面為正方形,側(cè)面為等邊三角形。以利于加快形成熱對(duì)流。在一些實(shí)施例中,等邊三角形邊長(zhǎng)可以為為1.5mm,3mm,6mm等。
作為一些實(shí)施例,所述水冷器可以設(shè)施有溫度探測(cè)器,所述溫度探測(cè)器可以是一個(gè)或多個(gè),例如,在第一螺旋水冷通道設(shè)置有若干第一溫度探測(cè)器,在第二螺旋水冷通道設(shè)置有若干第一溫度探測(cè)器。所述第一溫度探測(cè)器探測(cè)的溫度存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器。需要說明的是,溫度探測(cè)器設(shè)置的位置和數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。
在一些實(shí)施例中,請(qǐng)依舊參考圖1,在一些實(shí)施例中,底板130與所述殼體110的底部可拆卸地緊固連接,以密封所述殼體110的底部。所述底板130的厚度為1cm-5cm。所述底板130沿殼體長(zhǎng)度方向的剖面形狀為圓形,所述底板130的直徑為30cm至70cm。為了能夠避免系統(tǒng)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行而導(dǎo)致的氧化現(xiàn)象,所述底板130的內(nèi)側(cè)進(jìn)行鍍鉻,其厚度大約為5mm,從而有效的避免了銹蝕問題。
作為一些實(shí)施例,所述底板130的周向設(shè)置有多個(gè)貫穿所述底板130的螺孔,所述殼體110的底部也設(shè)置有與所述底板130的螺孔對(duì)應(yīng)的螺孔,采用螺栓將所述底板130與所述殼體110進(jìn)行固定。在其他的一些實(shí)施例中,也可以采用鎖扣、卡扣或螺紋等固定方式,將所述底板130與所述殼體110進(jìn)行緊固連接。
在一些實(shí)施例中,所述底板130朝向腔體的表面為粗糙表面。在另一些實(shí)施例中,請(qǐng)參考圖4,所述底板130朝向腔體的表面具有若干金字塔狀凸起。在一些實(shí)施例中,所述金字塔狀凸起的底面為正方形,側(cè)面為等邊三角形。以利于加快形成熱對(duì)流。在一些實(shí)施例中,所述金字塔狀凸起的底面為正方形,側(cè)面為等邊三角形。以利于加快形成熱對(duì)流。在一些實(shí)施例中,等邊三角形邊長(zhǎng)可以為為1.5mm,3mm,6mm等。
在一些實(shí)施例中,所述底板130的表面為光滑表面。在一些實(shí)施例中,所述底板130的表面為可更換表面,所述底板130的表面可以拆卸以更換不同的邊界條件。
在一些實(shí)施例中,所述底板130的材料為金屬材料、塑料材料或者復(fù)合材料,例如鍍鉻的45號(hào)鋼。
在一些實(shí)施例中,所述底板130包括:加熱器。所述加熱器可以為電阻加熱器、紅外加熱器或其他類型的加熱器。作為一些實(shí)施例,所述底板130可以由三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成,具體包括:上密封板,所述上密封板用于密封所述殼體110的底部。所述下密封板材料可以是亞克力板。所述上密封板朝向腔體的表面為可以為粗糙表面或者為光滑表面。并且可以根據(jù)實(shí)際需要,進(jìn)行更替。位于上密封板下的中間層,所述中間層設(shè)置有加熱器。在一些實(shí)施例中,所述中間層還具有第二溫度探測(cè)器用于探測(cè)加熱器的溫度。所述加熱器耦接于控制主機(jī),控制主機(jī)可以根據(jù)需求,控制加熱器的加熱溫度和加熱速率。例如控制加熱溫度的電壓和加熱時(shí)間。第二溫度探測(cè)器可以將探測(cè)到溫度存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器,控制主機(jī)可以調(diào)用存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器的溫度數(shù)據(jù)。
在另一些實(shí)施例中,所述頂板可以包括加熱器,而所述底板可以包括雙螺旋水冷器。
需要說明的是,在空腔的內(nèi)部,設(shè)置有第三溫度傳感器,所述第三溫度傳感器監(jiān)控流體的溫度。所述第三溫度傳感器獲取的溫度存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器,控制主機(jī)可以調(diào)用存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器的溫度數(shù)據(jù)。
在一些實(shí)施例中,所述頂板與所述底板的溫差設(shè)置為每次提升2攝氏度,且根據(jù)設(shè)置在頂板和底板的若干第一溫度探測(cè)器和第二溫度探測(cè)器來判斷溫度是否達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),在頂板和底板溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,進(jìn)行進(jìn)行操作。并獲取相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),例如溫度、達(dá)到溫度溫度的時(shí)間等。
在一些實(shí)施例中,通過加熱器和/水冷器,所述水冷器線性可控地設(shè)置第一溫度且所述加熱器控制器拋物線可控地設(shè)置第二溫度;或所述水冷器脈沖可控地設(shè)置第一溫度且所述加熱器拋物線可控地設(shè)置第二溫度;或所述水冷器脈沖可控地設(shè)置第一溫度且所述加熱器線性可控地設(shè)置第二溫度;或所述水冷器階梯可控地設(shè)置第一溫度且所述加熱器階梯可控地設(shè)置第二溫度;或所述水冷器階梯可控地設(shè)置第一溫度且所述加熱器線性可控地設(shè)置第二溫度;或所述水冷器階梯可控地設(shè)置第一溫度且所述加熱器拋物線可控地設(shè)置第二溫度;或所述水冷器階梯可控地設(shè)置第一溫度且所述加熱器拋物線可控地設(shè)置第二溫度。從而所述頂板可以線性的降溫,所述底板可以拋物線的升溫?;蛩鲰敯蹇梢話佄锞€的降溫,所述底板可以線性的升溫?;蛩鲰敯蹇梢話佄锞€的降溫,所述底板可以拋物線的升溫。
在一些實(shí)施例中,本申請(qǐng)的熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置可以通過控制主機(jī)進(jìn)行設(shè)置參數(shù)并輸出相關(guān)的數(shù)據(jù)曲線,作為一些實(shí)施例,控制主機(jī)接受控制參數(shù),所述控制參數(shù)包括:頂板的第一溫度,底板的第二溫度,腔體的濕度和壓強(qiáng);作為一些實(shí)施例,控制主機(jī)控制水冷器設(shè)定溫度為第一溫度,第一溫度傳感器對(duì)頂板的實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行檢測(cè),并將檢測(cè)結(jié)果傳送給控制主機(jī),控制主機(jī)將檢測(cè)結(jié)果與第一溫度進(jìn)行比較,如果檢測(cè)結(jié)果大于第一溫度,則控制水冷器進(jìn)行降溫,如果檢測(cè)結(jié)果小于第一溫度,則控制水冷器進(jìn)行加溫,直至頂板的實(shí)時(shí)溫度等于第一溫度,當(dāng)實(shí)時(shí)溫度等于第一溫度時(shí),第一溫度傳感器將檢測(cè)溫度結(jié)果傳送給控制主機(jī),控制主機(jī)將獲取的溫度數(shù)據(jù)與時(shí)間的曲線輸出。在一些實(shí)施例中,控制主機(jī)輸出頂板的溫度數(shù)據(jù)與時(shí)間的曲線圖。作為一些實(shí)施例,控制主機(jī)控制加熱器設(shè)定溫度為第二溫度,第二溫度傳感器對(duì)底板的實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行檢測(cè),并將檢測(cè)結(jié)果傳送給控制主機(jī),控制主機(jī)將檢測(cè)結(jié)果與第一溫度進(jìn)行比較,如果檢測(cè)結(jié)果小于第二溫度,控制加熱器進(jìn)行加熱,直至實(shí)時(shí)溫度等于第二溫度時(shí),第二溫度傳感器將檢測(cè)結(jié)果傳送給控制主機(jī),控制主機(jī)將獲取的溫度數(shù)據(jù)與時(shí)間曲線輸出。在一些實(shí)施例中,控制主機(jī)輸出底板的溫度數(shù)據(jù)與時(shí)間的曲線圖。作為一些實(shí)施例,控制主機(jī)設(shè)定腔室壓強(qiáng)為第一壓強(qiáng),設(shè)置在腔室內(nèi)的壓強(qiáng)傳感器對(duì)壓強(qiáng)進(jìn)行監(jiān)控,如果壓強(qiáng)大于或小于第一壓強(qiáng)時(shí),控制主機(jī)控制調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)直至腔室壓強(qiáng)等于第一壓強(qiáng)。當(dāng)腔室壓強(qiáng)等于第一壓強(qiáng)時(shí),控制主機(jī)記錄腔室的實(shí)時(shí)壓強(qiáng)數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的時(shí)間。在一些實(shí)施例中,控制數(shù)據(jù)輸出腔室的實(shí)時(shí)壓強(qiáng)數(shù)據(jù)與時(shí)間的曲線圖。作為一些實(shí)施例,控制主機(jī)設(shè)置腔體濕度為第一濕度,設(shè)置在腔室內(nèi)的濕度傳感器對(duì)腔室的實(shí)時(shí)濕度進(jìn)行監(jiān)控,當(dāng)實(shí)時(shí)濕度大于第一濕度時(shí),控制除濕器降低腔室內(nèi)的濕度,當(dāng)實(shí)時(shí)濕度小于第一濕度時(shí),控制加濕器升高腔室內(nèi)的濕度。直至腔室內(nèi)的濕度等于第一濕度,其中,濕度傳感器將實(shí)時(shí)濕度的數(shù)據(jù)傳送給控制主機(jī)??刂浦鳈C(jī)控制加濕器和除濕器進(jìn)行調(diào)節(jié)腔室濕度。當(dāng)實(shí)時(shí)濕度等第一濕度時(shí),控制主機(jī)記錄腔室的實(shí)時(shí)濕度數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的時(shí)間。在一些實(shí)施例中,控制主機(jī)輸出實(shí)時(shí)濕度與時(shí)間的曲線圖。
根據(jù)所述控制參數(shù)控制頂板的水冷器、底板的加熱器以及腔室的氣體流量和流體的流量和流速,將頂板的溫度設(shè)置在第一溫度,底板的溫度設(shè)置在第二溫度,以及相應(yīng)的設(shè)置腔室的濕度和壓強(qiáng);在控制頂板和底板的溫度以及腔室的濕度和壓強(qiáng)的過程中,第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器分別獲取頂板、底板和腔體的溫度;另外通過設(shè)置在腔室內(nèi)的壓強(qiáng)傳感器和濕度傳感器獲取腔室的壓強(qiáng)和濕度,并將溫度數(shù)據(jù)、壓強(qiáng)數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)發(fā)送至控制主機(jī)的存儲(chǔ)器。
在一些實(shí)施例中,本申請(qǐng)的熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置還可以通過手機(jī)進(jìn)行控制,作為一些實(shí)施例,手機(jī)端發(fā)送控制參數(shù),所述控制參數(shù)包括:頂板的第一溫度,底板的第二溫度,腔體的濕度和壓強(qiáng);控制主機(jī)接受所述控制參數(shù),并根據(jù)所述控制參數(shù)控制頂板的水冷器、底板的加熱器以及腔室的氣體流量和流體的流量和流速,將頂板的溫度設(shè)置在第一溫度,底板的溫度設(shè)置在第二溫度,以及相應(yīng)的設(shè)置腔室的濕度和壓強(qiáng);在控制頂板和底板的溫度以及腔室的濕度和壓強(qiáng)的過程中,第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器分別獲取頂板、底板和腔體的溫度;另外通過設(shè)置在腔室內(nèi)的壓強(qiáng)傳感器和濕度傳感器獲取腔室的壓強(qiáng)和濕度,并將溫度數(shù)據(jù)、壓強(qiáng)數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)發(fā)送至控制主機(jī)的存儲(chǔ)器,然后,控制主機(jī)將溫度數(shù)據(jù)、壓強(qiáng)數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)傳送給手機(jī)端。其中,控制主機(jī)與手機(jī)端可以通過藍(lán)牙、無線、WiFi、紅外、有線、互聯(lián)網(wǎng)、3G、4G或物聯(lián)網(wǎng)通信連接。在另一些實(shí)施例中,控制主機(jī)可以對(duì)溫度數(shù)據(jù)、壓強(qiáng)數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并將處理之后的結(jié)果發(fā)送至手機(jī)端。
在一些實(shí)施例中,請(qǐng)參考圖5和圖6,熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置201可以在高溫高壓的極端條件下運(yùn)行并且進(jìn)行測(cè)量相關(guān)參數(shù),熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置201可以放置于湍流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)200內(nèi)進(jìn)行高溫高壓的極端條件的實(shí)驗(yàn)。所述湍流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)200能夠?qū)崿F(xiàn)瑞利數(shù)Ra的變化范圍為1014倍,其包括:耐高溫,防腐且防磨損的材料的筒體。在一些實(shí)施例中,所述筒體的材料為屈服強(qiáng)度小于等于345MPa的合金鋼材。作為一些實(shí)施例,所述合金鋼材的雜質(zhì)為碳質(zhì)量百分比小于等于0.2,錳質(zhì)量百分比小于等于1.7,硅質(zhì)量百分比小于等于0.5,磷質(zhì)量百分比小于等于0.035,硫質(zhì)量百分比小于等于0.035;作為一些實(shí)施例,所述合金鋼材的雜質(zhì)為碳質(zhì)量百分比小于等于0.15,錳質(zhì)量百分比小于等于1.6,硅質(zhì)量百分比小于等于0.5,磷質(zhì)量百分比小于等于0.035,硫質(zhì)量百分比小于等于0.025。所述筒體的一端具有開口,所述開口用于將熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置放入壓力容器(即湍流實(shí)驗(yàn)平臺(tái))中另外也更方便人觀察壓力容器內(nèi)部環(huán)境及布置情況。
在一些實(shí)施例中,所述筒體僅在一端有開口。在另一些實(shí)施例中,所述筒體在相對(duì)的兩端都有開口。
為了能夠密閉開口,所述筒體在靠近端部的位置具有固定部。所述固定部可以為樞軸,以便于將蓋體連接于筒體上。
連接在固定部上的蓋體,所述蓋體的大小與開口的大小匹配。較優(yōu)地,所述蓋體的大小略大于開口。所述蓋體通過連接軸和固定部可控地密封所述開口,其中,所述蓋體設(shè)置為沿連接軸軸向轉(zhuǎn)動(dòng),以開啟或密封所述開口;所述筒體和蓋體共同限定密閉腔體,其中所述腔體至少適于容納湍流實(shí)驗(yàn)的設(shè)備。
需要說明的是,為了保證筒體內(nèi)的密封特性,以提高瑞利數(shù)Ra的變化范圍,蓋體的邊緣的一周設(shè)置有與腔體螺栓或鉚釘固定連接孔,在后續(xù)進(jìn)行湍流實(shí)驗(yàn)之前,可以通過轉(zhuǎn)軸合上蓋體,然后通過螺栓或鉚釘將蓋體與筒體固定。為了提高密閉性,蓋體的內(nèi)側(cè)可以設(shè)置有墊圈或墊片;在其他的實(shí)施例中,筒體的端部可以設(shè)置有墊圈或墊片。在一些實(shí)施例中,蓋體的墊圈或墊片具有沿軸向向殼體延伸的凸緣;在一些實(shí)施例中,筒體的墊圈或墊片具有沿軸向向蓋體延伸的凸緣;作為一些優(yōu)選例,蓋體的墊圈或墊片具有若干沿軸向向殼體延伸的凸緣,筒體的墊圈或墊片具有若干沿軸向向蓋體延伸的凸緣,其中蓋體墊圈或墊片的凸緣的位置與筒體墊圈或墊片的凸緣的位置錯(cuò)開,從而能夠提高密閉性的同時(shí),降低施加在墊圈或墊片上的應(yīng)力,以提高器件使用壽命。
在一些實(shí)施例中,為了便于開關(guān)蓋體,可以在蓋體的外側(cè)設(shè)置把手。
在一些實(shí)施例中,蓋體的形狀為圓形、方形或者其他形狀。
本申請(qǐng)的封閉湍流對(duì)流實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)還包括:若干氣體傳輸組件,所述氣體傳輸組件連通所述腔體且設(shè)置于筒體表面,所述氣體傳輸組件適于為所述腔體進(jìn)氣和/或排氣提供通路,從而控制所述腔體內(nèi)的壓力。在一些實(shí)施例中,若干氣體傳輸裝置包括安全閥210,排氣閥211和進(jìn)氣閥212。
在一些實(shí)施例中,氣體傳輸組件可以為法蘭。所述氣體傳輸組件設(shè)置在筒體的上側(cè)。
在本實(shí)施例中,氣體傳輸組件包括進(jìn)氣通路和排氣通路。其中,進(jìn)氣通路連接氣源,以控制腔體內(nèi)的壓力。作為一些實(shí)施例,所述氣源選用SF6。排氣通路可以連接排氣泵,用于在實(shí)驗(yàn)之后對(duì)腔體進(jìn)行排氣。
所述封閉湍流對(duì)流實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)還包括:至少一個(gè)的液體輸送組件,所述液體輸送組件連通所述腔體且設(shè)置于殼體表面,所述液體輸送組件適于為所述腔體輸送液體提供通路。所述液體可以為水、乙醇、丙酮或者其他的工作液體。在一些實(shí)施例中,所述液體輸送組件包括:除濕設(shè)備連接組件213和水路連接組件214。
作為一些實(shí)施例,所述殼體的底部還設(shè)置有排水口,用于在實(shí)驗(yàn)之后,排空腔體內(nèi)的液體。
所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還包括若干線路連通組件,所述線路連通組件為所述腔體內(nèi)提供線路通路。
所述線路通路可以為供電線路、傳輸線路或通信線路,例如電纜、電線或光纖提供通路,以實(shí)現(xiàn)對(duì)腔體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)供電、供能以及數(shù)據(jù)交換。在一些實(shí)施例中,所述線路通路包括電路連接組件215。
在一些實(shí)施例中,所述線路連通組件包括安裝于筒體的線路固定接頭,所述線路固定接頭一端連接在筒體上,例如通過螺紋固定在貫穿筒體的通孔內(nèi)。
雖然本發(fā)明披露如上,但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),均可作各種更動(dòng)與修改,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。