[发明专利]可实现多边界条件的传热实验系统及实验方法

权利要求书

1.一种可实现多边界条件的传热实验系统，其特征在于，包括被测材料、设在所述被测材料外部的保温层、设在被测材料中的边界层、与所述边界层连接形成流体工质循环回路的加热水箱、分别设在边界层和加热水箱内的加热件、分别通过双向开关与两个加热件连接的可调电源；

所述边界层内均匀布置有温度变送器，用于监测边界层内流体工质的温度；

所述流体工质循环回路上设有工质泵、以及设在边界层进出口处的阀门；

还包括控制系统，用于以各温度变送器测量结果的平均值作为被控量调节所述可调电源的大小从而控制所述加热件的发热量，并结合对所述阀门的控制，实现三类热边界条件的模拟和切换；

以及温度场监测系统，用于对被测材料中的温度场变化进行可视化实时监测。

2.根据权利要求1所述的可实现多边界条件的传热实验系统，其特征在于，还包括高位水箱，所述高位水箱的安装位置高于实验系统中所有部件，高位水箱出口分别与所述加热水箱和所述上阀门连接。

3.根据权利要求1所述的可实现多边界条件的传热实验系统，其特征在于，所述双向开关通过两个连通位点分别与边界层及加热水箱内的加热件电连接。

4.根据权利要求1所述的可实现多边界条件的传热实验系统，其特征在于，所述流体工质循环回路上靠近边界层的位置处设有安全阀。

5.根据权利要求1所述的可实现多边界条件的传热实验系统，其特征在于，所述保温层内设有辅助加热件，所述控制系统还对所述辅助加热件的发热量进行控制。

6.根据权利要求1所述的可实现多边界条件的传热实验系统，其特征在于，所述边界层为贯穿所述被测材料的矩形通道。

7.根据权利要求1所述的可实现多边界条件的传热实验系统，其特征在于，流体工质为水或导热油。

8.根据权利要求1所述的可实现多边界条件的传热实验系统，其特征在于，温度场监测系统包括设置在被测材料中的热电偶、对热电偶的测量值进行采集和计算的上位机。

9.一种利用权利要求1所述的可实现多边界条件的传热实验系统的实验方法，其特征在于，控制所述加热件的发热量及所述阀门的启闭，实现三类热边界条件的模拟及相互之间的切换，包括：

控制流体工质充满所述流体工质循环回路；

模拟第一类热边界条件：

关闭边界层进出口处的阀门，控制可调电源与边界层内的加热件接通，调控所述可调电源的功率以稳定温度变送器的温度示数，实现恒温边界条件即第一类热边界条件；

模拟第二类热边界条件：

保持边界层进出口处的阀门关闭以及控制可调电源与边界层内的加热件接通，维持所述可调电源的功率不变，实现恒热流边界条件即第二类热边界条件；

模拟第三类热边界条件：

开启边界层进出口处的阀门，控制可调电源与加热水箱内的加热件接通，调控所述可调电源功率以稳定所述温度变送器示数，同时启动工质泵，保证流体工质循环回路内工质具有一定流速，实现对流传热边界条件即第三类热边界条件。