[发明专利]一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置及方法

权利要求书

1.一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置，其特征在于：包括海洋运动条件平台(20)，水箱(1)和高速摄像仪(19)固定在海洋运动条件平台(20)上，实验电源(21)和数据采集系统(22)安装在地面，不跟随海洋运动条件平台(20)运动；水箱(1)上部安装有冷凝器(9)，下部安装有辅助加热器(7)，水箱盖板(8)覆盖在水箱(1)顶部，防止运动过程中换热工质从水箱(1)中溢出；手轮(12)安装在与水箱(1)固定的手轮轴承(11)上，手轮(12)一端与一个链轮(10)焊接，另一个链轮(10)与实验段焊接后安装在实验段轴承(15)上，两个链轮(10)通过链条(13)连接；实验段轴承(15)通过轴承支撑架(14)固定在水箱(1)上，实验段位于水箱内部，从内到外依次为紫铜(3)、纳米保温材料(4)和不锈钢罩(6)，实验段底部使用夹紧支架(17)安装可更换铜片(18)；夹紧支架(17)通过螺栓(16)与实验段外部的不锈钢罩(6)连接，其中紫铜(3)钻有不贯穿孔安装电加热棒(2)，底部未打孔区域不同高度平面上安装有多组热电偶(5)监测温度变化并计算热流密度，紫铜(3)底面与不锈钢罩(6)焊接密封，将纳米保温材料(4)，紫铜(3)完全包裹在不锈钢罩(6)内，防止换热工质进入。

2.根据权利要求1所述的一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置，其特征在于：所述海洋运动条件平台(20)提供单一或者复合的升潜、摇摆和振荡运动。

3.根据权利要求1所述的一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置，其特征在于：水箱(1)和高速摄像仪(19)固定在海洋运动条件平台(20)上和其一起运动，高速摄像仪(19)拍摄加热面气泡特性。

4.根据权利要求1所述的一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置，其特征在于：实验段与链轮(10)焊接在一起，链轮(10) 能够带动实验段旋转，且与手轮(12)焊接的链轮上刻有角度值。

5.根据权利要求1所述的一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置，其特征在于：通过手轮(12)带动链轮(10)旋转，链轮(10)带动链条(13)运动，进而改变可更换铜片(18)的倾斜角度。

6.根据权利要求1所述的一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置，其特征在于：夹紧支架(17)将可更换铜片(18)固定在紫铜(3)下底面。

7.根据权利要求1所述的一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置，其特征在于：可更换铜片(18)与紫铜(3)之间填充氧化铝粉末来增强导热；

可更换铜片(18)与紫铜(3)接触面的四周使用耐高温导热胶密封，防止氧化铝粉末泄漏。

8.根据权利要求1所述的一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置，其特征在于：可更换铜片(18)的表面进行微观结构或者亲疏水处理。

9.根据权利要求1所述的一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验装置，其特征在于：可更换铜片(18)的表面要高于夹紧支架(17)，防止气泡在表面聚集。

10.权利要求1至9任一项所述的一种海洋条件下不同加热面结构池式沸腾实验系统的实验方法，其特征在于：在实验开始时，海洋运动条件平台(20)台面保持水平，将水箱(1)和高速摄像仪(19)与海洋运动条件平台(20)固定；开启海洋运动条件平台(20)，检查固定情况，避免水箱(1)、高速摄像仪(19) 与海洋运动条件平台(20)出现相对运动；之后关闭海洋运动条件平台(20)，对实验段进行调整，通过手轮(12)调整可更换铜片(18)换热表面的倾斜角度，达到目标角度后，将手轮(12)锁死，防止在运动过程中发生旋转；将换热工质倒入水箱(1)，换热工质平面要高于可更换铜片(18)并留有一定的安全裕量，防止运动过程中加热面暴露在空气中，同时避免运动过程中进入到换热工质中的空气影响高速摄像仪(19)拍摄加热面上气泡行为；之后安装水箱盖板(8)，防止运动过程中换热工质泄漏；随后打开冷凝器(9)，打开辅助加热器(7)加热换热工质，打开高速摄像仪(19)并调整位置使高速摄像仪(19)对准可更换铜片(18)；待换热工质温度达到饱和温度后，打开数据采集系统(22)监测铜块温度，开启海洋运动条件平台(20)，并缓慢的提升实验段电加热棒(2)的功率，进行池式沸腾换热实验；在功率提升过程中，实时记录温度和电加热棒(2)的功率，为了避免实验段的烧毁，在实验前期功率提升幅度不能超过当前功率的10％，当热流密度接近CHF值时，功率提升幅度不能超过当前功率的5％，待实验段温度稳定后才能进行下一次功率调节，并且两次功率调节时间至少间隔10分钟；待达到CHF点后，立即切断实验段的电源，并且保持海洋运动条件平台(20)的运动，防止实验段的热流密度超过静止条件下的CHF值导致实验段烧毁；当实验段的热流密度降低到0MW/m²时，关闭海洋运动条件平台(20)；之后关闭高速摄像仪(19)，待换热工质温度降低到室温后，关闭冷凝器(9)；最后关闭实验电源(21)和数据采集系统(22)，完成实验。