[发明专利]一种采用电导探针测量液膜厚度随时间变化的实验装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种采用电导探针测量液膜厚度随时间变化的实验装置及测量方法，属于冷凝器或降膜蒸发器中液膜厚度的测量技术领域。包括CPU板，在CPU板上设有C51芯片；沿待测液膜的波峰设置与待测液膜底边垂直的中心线，在中心线上依次等距离布设9个电导探针，每个电导探针连接一根IC总线，9根IC总线的另一接头设置在CPU板上；其中，1号～8号IC总线相互并联，并联后与0号IC总线串联形成闭合回路。该装置结构简单紧凑，响应快，测量精度适中，能够对实验室用20～30mm的液膜厚度进行测量。

技术领域

本发明属于冷凝器或降膜蒸发器中液膜厚度的测量技术领域，具体涉及一种采用电导探针测量液膜厚度随时间变化的实验装置及测量方法。

背景技术

工业领域有30％的设备采用换热器，而换热器中又多采用凝结和蒸发来实现高效换热。在这两种换热模式中，均发生着液膜流过固体壁面完成换热的过程，换热热阻集中在液膜中。而且，绝大多数换热会发生在湍流或雷诺数较高的层流膜中，这两种情况均会发生界面波动现象，这会使换热系数增加20％甚至更高。因此，了解和测量液膜波动特点是预测冷凝和沸腾换热系数的关键。

目前，已有部分文献实验测量了蒸汽流过倾斜或垂直通道内壁水膜表面产生的界面波动特点，测量的重点是液膜厚度。1994年，南朝鲜浦项科技大学的Kang等采用双线探头测量了倾角为4.1°的矩形通道内含空气的蒸汽流过射流水膜表面接触冷凝的气液界面波动，给出液膜厚度(1～3mm)随时间的变化图，偏差比膜厚小1个数量级。然而该测量装置需要部分电级埋入到固体壁面中。他们的研究再次证实气液界面的波动会提高冷凝换热系数。1995年，Karabpantsios等采用平行电导探针法实验测量了圆管内静止蒸汽在空气中与贴壁垂直下流水膜接触冷凝的界面波动特性。然而，平行电导探针法因受到液膜表面较高气相温度的影响，不能给出蒸汽接触冷凝液膜厚度测量的精确结果。在1996年，南朝鲜浦项科技大学的Park等再次采用双线探针法实验测量了垂直壁面蒸汽在空气中与给入液膜接触冷凝时的液膜厚度。在2009年，德国弗莱贝格工业大学的Gross等在垂直管内设置高速摄像机拍摄了等温充分发展下降的水膜和异丙醇膜的形状。在2011年，西安交大的侯旱等采用电导探针法测量了水平管表面水膜稳态流动无凝结发生时液膜厚度沿着圆周表面的变化，膜厚在0.1～0.5mm的量级，液膜最薄的位置在周角为90°～115°之间。然而，该测量装置仅可测量静态下的液膜厚度，无法测量液膜厚度随时间的变化。

但是，在以上膜厚的测量中，膜厚测量中探头种类和探头测量瞬态膜厚的装置并未报道。而采用静态的电导探针测量液膜厚度的方法无法应用于瞬态波动中，因此，有必要发明适用于测量液膜厚度随时间变化的仪器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用电导探针测量液膜厚度随时间变化的实验装置及测量方法，该装置结构设计合理，简单紧凑，响应快，测量精度高；该测量方法，操作简单，重复性好，适用性强。

本发明所采用的技术方案是：

本发明公开了一种测量液膜厚度随时间变化的实验装置，包括CPU板，在CPU板上设有C51芯片；沿待测液膜的波峰设置与待测液膜底边垂直的中心线，在中心线上依次等距离布设9个电导探针，每个电导探针连接一根IC总线，9根IC总线的另一接头设置在CPU板上。

在CPU板上设有电源。

电源提供的电压为5V。

在CPU板上安装有接地线。

在CPU板上设有LED显示器。

所述待测液膜的厚度为20～30mm。

本发明还公开了一种采用电导探针测量液膜厚度随时间变化的方法，基于测量装置进行测量；