[实用新型]用于测量高热流密度传热过程的快拆试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于测量高热流密度传热过程的快拆试验装置。

背景技术

随着柴油机功率的不断提高，其热负荷及相关可靠性问题变得越来越突出，传统柴油机冷却系统中的冷却液流动过程要控制在单相流范围。但随着柴油机功率增大，热负荷不断增加，冷却液的过冷沸腾现象不可避免。由于过冷沸腾具有较好的传热效果，为了在尽量不增加柴油机冷却系统体积的情况下，提高柴油机冷却系统的传热效率，提出了采用高温冷却和过冷沸腾冷却技术。

大功率柴油机在高热流密度下，过冷沸腾传热过程是不可避免的，而这种传热过程对不同金属材质和不同特性的冷却液有不同的传热效果。为了研究各种金属材质和冷却液在高热流密度下的传热过程，以及对柴油机在高热流密度下性能的影响，建立了一种用于测量高热流密度传热过程的快拆试验装置。能够对不同冷却液和不同金属材质的传热效果进行快速测量与分析，并可以方便地采用激光多普勒或高速摄像机等精密仪器对高热流密度下的传热过程进行流场测量和实时观测。

发明内容

针对大功率柴油机冷却系统的高热负荷特点，本实用新型的目的在于为各种高热负荷条件下柴油机冷却系统传热研究，提供一种能够测试各种冷却液和金属材料传热性能的快拆传热试验装置。以弥补大多数传热装置体积庞大、传热件固定不宜拆卸、加热方式复杂且加热通量小等缺点。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种测量高热流密度下传热过程的快拆试验装置，主要由水泵1、恒温冷却液储槽2、涡轮流量计5、温度计7、电控单元（热电偶数字转换器）13、燃气喷灯9、方形流动通道10以及快拆传热单元11组成。快拆传热单元11方便拆卸，可迅速更换不同的金属测试件21。金属快拆测试件21与方形流动通道10之间采用榫卯结构，能有效保证高温密封，使得该实验装置具有很强的通用性。燃气喷灯9提供的热通量可以近似代替发动机缸内燃烧释放的热通量，这种加热方式简洁，避免采用大功率电加热设备，附加设备少，便于操作。

所述水泵1、恒温冷却液储槽2、涡流流量计5、方形流动通道10以及快拆传热单元11采用不锈钢管依次串联构成冷却液密闭循环回路。

所述快拆传热单元11主要由金属快拆测试件21、紫铜导热件20、保温箱体14、有机玻璃观察视窗19、密封紧固组件16、紧固了螺栓17、紧固螺钉18组成（见图2）。

所述快拆传热单元11的金属快拆测试件21放置在方形流动通道10的管路下方，采用榫卯密封面连接。紫铜导热件20放置在金属快拆试件21下方，采用榫卯密封面连接。密封紧固组件16放置在方形流动通道10上下两侧，加紧金属快拆试件21，并采用紧固螺栓17和紧固螺钉18加以固定。（见图3）

所述保温箱体14包裹在金属快拆试件21与紫铜导热件20外侧，中间填充保温材料15。

所述有机玻璃视窗19嵌入到方形流动通道10两侧壁，利用密封紧固组件16的上下夹板结构，压紧有机玻璃视窗。

所述密封紧固组件16由两个长条金属块、上下两个夹板组成。两个长条金属块放置在方形流道10上侧夹板的上方，紧固螺栓17穿过长条金属块的四个螺栓孔，与方形流道10下侧夹板上的螺栓孔对齐进行紧固。一方面起到紧固有机玻璃视窗的目的，另一方面也进一步夹紧金属快拆件21与方形流动通道10之间的密封面。

所述电控单元13，由热电偶数字转换器构成的温度控制和温度测量电控单元。采用热电偶测量恒温冷却液储槽2内的冷却液温度，并传输温度信号回电控单元13的热电偶数字转换器，控制冷却液加热温度；采用金属壁面测温热电偶12测量金属快拆试件21的表面温度，并传输给热电偶数字转换器，实时显示金属快拆件21的表面温度。

所述测试段采用方形流动通道10。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1.采用燃气喷灯加热方式，使被加热的金属快拆测试件最高工作温度能够达到500℃，该温度基本接近大功率柴油机缸内壁面高温区温度范围，避免了采用电磁加热等需要体积庞大的功率加热设备。

2.加热段采用方形流动通道，流动稳定性易于控制，流道两侧易于安装有机玻璃视窗，有利于采用激光多普勒或高速摄像机等精密光学仪器观测高热流密度下过冷沸腾传热现象。

3.快拆金属块结构设计巧妙，在密封附件的配合下能够与方形流动通道底面紧密贴合，保证在较高温度下的密封效果。

4.快拆金属块与紫铜导热块之间采用榫卯结构，能够保证热传导面之间紧密接触，确保金属快拆测试件导热面上热流密度的均匀性。