[发明专利]空心圆球构型的表面对流换热系数测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种空心圆球构型的表面对流换热系数测量系统，由被测组件及测量组件构成；被测组件由两个空心半球状壳体构成，两个空心半球状壳体相互扣合构成空心球壳待测结构，在两个空心半球状壳体的扣合面上开设有出线槽；测量组件包括空心球壳内热源、直流稳压电源和测温装置，空心球壳内热源表面设有出线孔，空心球壳内热源内表面开设有布线槽，布线槽内布设有电加热丝，电加热丝的两端从空心球壳内热源的出线孔引出，分别与直流稳压电源的正极接线端、负极接线端相连；本发明的系统可解决竖直平板和空心圆管装置端面的绝热问题，充分考虑了材料的机械加工成型特点，该装置结构简单，灵活小巧，可实现对不同工况下表面对流换热系数的测量。

技术领域

本发明涉及结构表面对流换热分析技术领域，特别涉及一种空心圆球构型的表面对流换热系数测量系统及测量方法。

背景技术

结构传热有三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。本发明针对热对流现象，设计了一种空心圆球构型的表面对流换热系数测量装置，该装置可以定量表征传递热量、表面温度，基于牛顿冷却定律测量结构表面对流换热系数。目前公开文献中已有的对流换热系数测量装置均存在端面绝热问题，导致表面对流换热系数测量不准确。本文设计的空心圆球构型装置，可以有效解决端口绝热问题，能有效测量自然对流和受迫对流等复杂流场下结构表面对流换热系数。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种空心圆球构型的表面对流换热系数测量系统及测量方法，可解决竖直平板和空心圆管装置端面的绝热问题，且充分考虑了材料的机械加工成型特点，该装置结构简单，灵活小巧，置于复杂流场中可以便利地实现对不同工况下表面对流换热系数的测量。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种空心圆球构型的表面对流换热系数测量系统，由被测组件及测量组件构成；所述被测组件由两个空心半球状壳体构成，且具体是由被测材料制成，所述两个空心半球状壳体相互扣合构成空心球壳待测结构，且在两个空心半球状壳体的扣合面上开设有出线槽；所述测量组件包括空心球壳内热源、直流稳压电源和测温装置，空心球壳内热源表面设有出线孔，在空心球壳内热源内表面开设有布线槽，布线槽内布设有电加热丝，电加热丝的两端从空心球壳内热源的出线孔引出，且分别与直流稳压电源的正极接线端、负极接线端相连；所述测温装置用于测量被测组件的表面温度；其中，所述空心球壳内热源的外径尺寸不大于空心球壳待测结构的内径尺寸，且空心球壳内热源的出线孔与空心球壳待测结构的出线槽相对。

进一步地，所述测温装置由若干均匀布设于被测组件外表面的测温单元构成，一个测温单元由一个热电偶传感器及一个铜箔基底构成，采用铜箔基底配合热电偶传感器进行空心球壳待测结构外表面温度测量，铜箔基底可改善热电偶传感器与结构表面接触效果，同时又能充分快速的将热量传递给热电偶传感器，可以准确测量结构表面温度。

进一步地，所述测温单元的数量不少于8个，测量空心球壳待测结构外表面温度时，可求取所有测温单元测得的温度值的平均值作为空心球壳待测结构外表面温度。

进一步地，所述空心球壳内热源由两个空心半球组件扣合而成，空心球壳内热源的出线孔具体设有两个空心半球组件的扣合面。

进一步地，所述空心球壳内热源由铜制成，从而保证其导热效果。

进一步地，所述电加热丝为双线缠绕，且电加热丝的直径为1.5mm。

进一步地，所述布线槽呈螺旋形设置于空心球壳内热源内表面，或所述空心球壳内热源内表面设有一个连通槽及多个圆环形布线槽，各布线槽通过连通槽连通。

进一步地，所述空心球壳待测结构包覆于空心球壳内热源表面，且为保证空心球壳待测结构内表面和空心球壳内热源外表面热量均匀传输，空心球壳待测结构内表面涂覆有导热硅脂，导热硅脂的热导率大于1.2W/(m·℃)，而且物理性状不受温度影响，可以很好满足测验中球壳内表面均匀加热的需要。