[发明专利]一种高效高精度自然对流放热系数测定实验装置

说明书

本发明提出了一种高效高精度自然对流放热系数测定实验装置，该装置包括单元管管壁、主加热棒、辅加热棒、绝缘薄片、隔热夹套、绝热端盖、薄膜热电偶、接线端套、A/D转换器、计算机、控制箱、支架。该装置主‑辅加热棒间插入绝缘薄片形成紧密连接，主‑辅加热棒分别对应的有效实验段和辅助实验段管腔用环形隔热夹套隔开，通过调节辅加热棒电流及电压控制主、辅加热棒相邻接线端套温度相同，以减少主加热棒轴向热损失；各单元管端口套有内表面镀银的绝热端盖，绝热端盖‑单元管间隙填充耐高温绝热泡沫垫，以减少辅助段端口散热损失；单元管外表面镀银，内表面镀高辐射率材料，以缩短实验时间。本发明高效高精度地解决了自然对流放热系数测定问题。

技术领域

本发明涉及自然对流换热系数测定领域，特别是一种高效高精度自然对流放热系数测定实验装置。

背景技术

对流换热系数是衡量对流换热强弱的重要参数，也是进行相关对流换热计算时必须事先要得到的重要传热参数。工程上一般通过实验方法和计算方法获得，用计算方法获得时，一般还需要用实验方法验证其可靠性。目前，高校传热学实验所使用的自由对流横管管外放热系数测定实验装置，是基于额定功率加热棒的发热量与其对环境的自由对流换热量及热辐射量之和相等的原理来测定对流换热系数。该实验装置普遍存在以下两个方面的问题：加热棒两端的绝热问题未能有效解决，测试管段加热棒的发热量与管段的对流换热量及热辐射放热量之和不等，且往往有较大差值；实验管管壁厚，蓄热量大，并且因管外壁辐射率大，导致蓄热速度慢，每当加热棒功率变化时，重新达到新的稳定状态时间太长，极大的延长了实验时间，降低了工作效率。鉴于以上存在的问题，现有的自由对流横管管外放热系数测定实验装置测量误差大(误差高达百分之一百以上)，实验时间太长，不能较好的满足教学实验要求的需要。造成现有自由对流横管管外放热系数测定实验装置测量误差大和实验时间过长的主要原因如下：一方面，由于实验管端口绝热效果不理想，加热棒加热量并未完全转化为实验管管壁以对流和辐射两种方式向环境的放热量，从而导致该实验装置测量误差较大；另一方面，由于现有的实验装置所使用的实验管管壁较厚，管外壁辐射率较高，使得实验管要以较小的蓄热速度积蓄较多的热量才能达到平衡状态，进而导致整个实验所需时间较长。

发明内容

针对现有装置存在的实验结果误差大、实验时间过长、实验效率过低的问题，本发明旨在提供一种高效高精度自然对流放热系数测定实验装置，该装置能有效解决现有自由对流横管管外放热系数测定实验装置测量误差大、实验时间长、实验效率低等缺点。

本发明为了解决上述技术问题，提供了如下技术方案：本发明提出了一种高效高精度自然对流放热系数测定实验装置，所述装置包括单元管管壁、主加热棒、辅加热棒、绝缘薄片、隔热夹套、绝热端盖、耐高温绝热泡沫垫、导线、薄膜热电偶、接线端套、A/D转换器、计算机、控制箱、支架。所述实验装置由多根不同直径的实验管组成，每根实验管由多个结构完全相同的单元管组成，每个单元管内装有一个主加热棒和两个辅加热棒，主加热棒对应的实验管管段为本装置的有效实验段，辅加热棒对应的实验管管段为本装置的辅助实验段，每个单元管端口套有绝热端盖，单元管之间通过绝热端盖形成紧密连接，实验管通过绝热端盖放置在支架上，每个单元管管壁上布置有多个薄膜热电偶。

所述装置主加热棒、辅加热棒通过接线端套上的小柱插入两者间的耐高温绝缘薄片半深盲孔中形成紧密连接，绝缘薄片将主加热棒和辅加热棒分隔开，可避免短路问题，同时，还可固定加热棒；主加热棒和辅加热棒连接处的每个接线端套上分别嵌有1个薄膜热电偶，通过调节辅加热棒电流及电压控制主、辅加热棒相邻接线端套温度相同，可有效防止热量沿实验管端口轴向散失，从而达到减少实验误差的目的；主加热棒和辅加热棒分别对应的有效实验段和辅助实验段管腔用环形隔热夹套隔开，所述的环形隔热夹套由两片内外表面镀银的环形薄片构成，隔热夹套的内径略大于加热棒端口的接线端套直径，外径略小于单元管内径，与接线端套和单元管内壁紧密接触，设置的隔热夹套可隔断有效实验管段与辅助实验管段的热量传递，同时，隔热夹套与接线端套相连还起固定加热棒的作用。