一種等熱流加熱裝置及其使用該裝置的冪律流體在多孔介質(zhì)中等熱流加熱的實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種等熱流加熱裝置及其使用該裝置的冪律流體在多孔介質(zhì)中等熱流加熱的實(shí)驗(yàn)裝置，等熱流加熱裝置包括入口段，測試段和出口段；實(shí)驗(yàn)裝置包括儲液箱，儲液箱內(nèi)設(shè)有攪拌器，加熱棒和連接有冷水機(jī)的冷卻盤管，所述儲液箱通過管路依次與截止閥一，螺桿泵，截止閥二，電磁流量計(jì)，精密壓力表一，等熱流加熱裝置，精密壓力表二和截止閥三，所述截止閥三通過管路與所述儲液箱連接，所述螺桿泵與所述儲液箱之間還設(shè)有旁通回路，所述旁通回路上設(shè)有截止閥四。本發(fā)明可以完成冪律流體在多孔介質(zhì)中流動(dòng)特性的研究，冪律流體在不同溫度工況下流經(jīng)多孔介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究，以及完成冪律流體在不同入口溫度、不同熱流密度下流經(jīng)多孔介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究。
【專利說明】一種等熱流加熱裝置及其使用該裝置的冪律流體在多孔介質(zhì)中等熱流加熱的實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電工技術(shù)與機(jī)械相交叉的【技術(shù)領(lǐng)域】，可以用于冪律型非牛頓流體在多孔介質(zhì)中進(jìn)行等熱流密度加熱的流動(dòng)換熱實(shí)驗(yàn)研究。
【背景技術(shù)】
[0002]目前冪律流體在多孔介質(zhì)中的實(shí)驗(yàn)研究多以流動(dòng)特性研究為主，主要從改變多孔介質(zhì)顆粒尺寸、形狀及排列方式等角度來研究流體的流動(dòng)特性。這類研究一般通過調(diào)節(jié)控制流經(jīng)多孔介質(zhì)的流體的流速來獲得雷諾數(shù)和壓降以及摩擦阻力因數(shù)的關(guān)系，進(jìn)而總結(jié)規(guī)律得出結(jié)論。
[0003]但實(shí)際生活及工程應(yīng)用中冪律流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)多伴隨著傳熱過程，而溫度對冪律流體的流變特性影響比較顯著，冪律流體流變特性的變化對其在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)及換熱特性會產(chǎn)生非常大的影響，因此對冪律型非牛頓流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)及換熱的研究就顯得尤為重要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一臺可以控制流體進(jìn)入多孔介質(zhì)入口溫度并完成對多孔介質(zhì)內(nèi)流體進(jìn)行等熱流加熱的實(shí)驗(yàn)裝置，從而展開對冪律流體在多孔介質(zhì)中等熱流加熱的實(shí)驗(yàn)研究，以填補(bǔ)這一領(lǐng)域的空白。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:
[0005]一種等熱流加熱裝置，包括入口段，測試段和出口段；
[0006]所述入口段包括順次連通的圓形管道一和方形管道一，所述方形管道一的后端管壁上設(shè)有用于安裝測量流體入口溫度的K型熱電偶一的通孔一；
[0007]所述出口段包括順次連通的方形管道二和圓形管道二，所述方形管道二的前端管壁上順次設(shè)有用于安裝測量流體出口溫度的K型熱電偶二的通孔二和排氣口 ；
[0008]所述測試段包括一 U型槽，所述U型槽上端開口處設(shè)有加熱板,所述U型槽內(nèi)填充有多孔介質(zhì)，所述多孔介質(zhì)的固體骨架的上表面與所述加熱板的下表面相切；
[0009]所述U型槽的前端與所述方形管道一的后端連通，所述U型槽的后端與所述方形管道二的前端連通；
[0010]所述加熱板的上表面設(shè)有多個(gè)與所述加熱板的寬度方向平行的凹槽一，所述加熱板的上表面的兩側(cè)分別設(shè)有沿所述加熱板長度方向延伸的凹槽二，所述凹槽二與多個(gè)所述凹槽一連通，所述加熱板上還設(shè)有加熱絲，所述加熱絲蛇形排列于所述多個(gè)凹槽一上；所述凹槽一內(nèi)設(shè)有T型熱電偶，,所述加熱板上還設(shè)有蓋合所述凹槽一和所述凹槽二的加熱板蓋板。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述固體骨架由多個(gè)銅球正交堆積而成。
[0012]進(jìn)一步地，所述固體骨架與所述U型槽的內(nèi)壁之間還設(shè)有聚氨酯板。
[0013]進(jìn)一步地，位于所述加熱板上表面的前半部分和后半部分上的所述凹槽一之間的間距小于位于所述加熱板上表面的中間部分上的所述凹槽一之間的間距。
[0014]進(jìn)一步地，所述加熱板蓋板的上表面覆蓋一層石棉板，所述石棉板的上表面設(shè)有一不銹鋼板。
[0015]進(jìn)一步地，所述加熱板的材質(zhì)和所述加熱板蓋板的材質(zhì)均為紫銅。
[0016]進(jìn)一步地，所述凹槽一的空隙和所述凹槽二的空隙均填滿導(dǎo)熱硅脂。
[0017]進(jìn)一步地，所述加熱板通過耐高溫密封膠與所述加熱板蓋板粘合。
[0018]本發(fā)明還提供了一種使用上述等熱流加熱裝置的冪律流體在多孔介質(zhì)中等熱流加熱的實(shí)驗(yàn)裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括儲液箱，所述儲液箱內(nèi)設(shè)有攪拌器，加熱棒和連接有冷水機(jī)的冷卻盤管，所述儲液箱通過管路依次與截止閥一，螺桿泵，截止閥二，電磁流量計(jì)，精密壓力表一，等熱流加熱裝置，精密壓力表二和截止閥三，所述截止閥三通過管路與所述儲液箱連接，所述螺桿泵與所述儲液箱之間還設(shè)有旁通回路，所述旁通回路上設(shè)有截止閥四，所述加熱絲上連接有穩(wěn)壓器和調(diào)壓器，所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括采集所述K型熱電偶溫度數(shù)據(jù)和所述T型熱電偶溫度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器與分析數(shù)據(jù)的電腦連接，所述儲液箱上還設(shè)有排污閥。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以完成冪律流體在多孔介質(zhì)中流動(dòng)特性的研究，冪律流體在不同溫度工況下流經(jīng)多孔介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究，以及完成冪律流體在不同入口溫度、不同熱流密度下流經(jīng)多孔介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究。
[0020]基于上述理由本發(fā)明可在冪律型非牛頓流體研究等領(lǐng)域廣泛推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]圖1是本發(fā)明的等熱流加熱裝置的主視圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的等熱流加熱裝置的俯視圖。
[0024]圖3是圖1中A-A向示意圖。
[0025]圖4是圖2中B-B向示意圖。
[0026]圖5是本發(fā)明的測試段的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖6是本發(fā)明的U型槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖7是本發(fā)明的加熱板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖8是本發(fā)明的T型熱電偶在加熱板上的分布示意圖。
[0030]圖9是本發(fā)明的等熱流加熱實(shí)驗(yàn)裝置。
[0031]圖10是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中質(zhì)量濃度為C = 0.5g/L的PAM溶液不同的溫度流經(jīng)多孔介質(zhì)時(shí)的壓降ΛΡ隨繞流顆粒雷諾數(shù)Re11的變化曲線。
[0032]圖11是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中質(zhì)量濃度為C=L Og/L的PAM溶液不同的溫度流經(jīng)多孔介質(zhì)時(shí)的壓降ΛΡ隨繞流顆粒雷諾數(shù)Re11的變化曲線。
[0033]圖12是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中質(zhì)量濃度為C=L 5g/L的PAM溶液不同的溫度流經(jīng)多孔介質(zhì)時(shí)的壓降ΛΡ隨繞流顆粒雷諾數(shù)Re11的變化曲線。
[0034]圖13是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中質(zhì)量濃度為C = 2.0g/L的PAM溶液不同的溫度流經(jīng)多孔介質(zhì)時(shí)的壓降ΛΡ隨繞流顆粒雷諾數(shù)Re11的變化曲線。
[0035]圖14是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中入口溫度為20°C、質(zhì)量濃度為C = 0.5g/L、熱流密度qw為9255.78ff/m2的PAM溶液不同流速時(shí)局部對流換熱系數(shù)hx隨無量綱長度x的變化曲線。
[0036]圖15是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中入口溫度為20°C、質(zhì)量濃度為C = 0.5g/L、熱流密度qw為18510.68ff/m2的PAM溶液不同流速時(shí)局部對流換熱系數(shù)hx隨無量綱長度x的變化曲線。
[0037]圖16是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中入口溫度為20°C、質(zhì)量濃度為C=L Og/L、熱流密度qw為9255.78ff/m2的PAM溶液不同流速時(shí)局部對流換熱系數(shù)hx隨無量綱長度x的變化曲線。
[0038]圖17是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中入口溫度為20°C、質(zhì)量濃度為C=L Og/L、熱流密度qw為18510.68ff/m2的PAM溶液不同流速時(shí)局部對流換熱系數(shù)hx隨無量綱長度x的變化曲線。
[0039]圖18是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中入口溫度為20°C、質(zhì)量濃度為C=L 5g/L、熱流密度qw為9255.78ff/m2的PAM溶液不同流速時(shí)局部對流換熱系數(shù)hx隨無量綱長度x的變化曲線。
[0040]圖19是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中入口溫度為20°C、質(zhì)量濃度為C=L 5g/L、熱流密度qw為18510.68ff/m2的PAM溶液不同流速時(shí)局部對流換熱系數(shù)hx隨無量綱長度x的變化曲線。
[0041 ] 其中，1、儲液箱，2、截止閥一，3、螺桿泵，4、截止閥二，5、電磁流量計(jì)，6、精密壓力表一，7、穩(wěn)壓器，8、等熱流加熱裝置，9、調(diào)壓器，10、精密壓力表二，11、截止閥三，12、冷卻盤管，13、攪拌器，14、冷水機(jī)，15、排污閥，16、數(shù)據(jù)采集器，17、電腦，18、截止閥四，19、加熱棒;
[0042]81、圓形管道一，82、方形管道二，83、通孔一，84、法蘭，85、測試段，86、通孔二，87、排氣孔，88、方形管道二，89、圓形管道二 ；
[0043]851、U型槽,852、加熱板,853、加熱板蓋板,854、石棉板,855、不銹鋼板,856、銅球，857、測溫點(diǎn)一，858、測溫點(diǎn)二 ；
[0044]8511、聚氨酯板，8521、凹槽一，8522、凹槽二，8523、缺口，8524、T型熱電偶的分布點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0045]一種等熱流加熱裝置8，包括入口段，測試段85和出口段；
[0046]所述入口段包括順次連通的圓形管道一 81和方形管道一 82，所述方形管道一 82的后端管壁上設(shè)有用于安裝測量流體入口溫度的K型熱電偶一的通孔一 83 ；
[0047]所述出口段包括順次連通的方形管道二 88和圓形管道二 89，所述方形管道二 88的前端管壁上順次設(shè)有用于安裝測量流體入口溫度的K型熱電偶二的通孔二 86和排氣口87 ；
[0048]所述測試段85包括一 U型槽851，所述U型槽851上端開口處設(shè)有加熱板852，所述U型槽851內(nèi)填充有多孔介質(zhì)，所述多孔介質(zhì)的固體骨架的上表面與所述加熱板852的下表面相切，所述固體骨架由多個(gè)銅球856正交堆積而成，所述固體骨架與所述U型槽851的內(nèi)壁之間還設(shè)有聚氨酯8511 ；
[0049]所述U型槽851的前端與所述方形管道一 82的后端連通，所述U型槽851的后端與所述方形管道二 88的前端連通；
[0050]所述加熱板852的上表面設(shè)有多個(gè)與所述加熱板852的寬度方向平行的凹槽一8521，所述加熱板852的上表面的兩側(cè)分別設(shè)有沿所述加熱板852長度方向延伸的凹槽二8522，所述凹槽二 8522與多個(gè)所述凹槽一 8521連通，所述加熱板852上還設(shè)有加熱絲，所述加熱絲蛇形排列于所述多個(gè)凹槽一 8521上；所述凹槽一 8521內(nèi)的不同位置設(shè)有T型熱電偶，所述加熱板852上還設(shè)有蓋合所述凹槽一 8521和所述凹槽二 8522的加熱板蓋板853。
[0051]位于所述加熱板852上表面的前半部分和后半部分上的所述凹槽一 8521之間的間距小于位于所述加熱板852上表面的中間部分上的所述凹槽一 8521之間的間距。
[0052]所述加熱板蓋板853的上表面覆蓋一層石棉板854,所述石棉板的上表面設(shè)有一不銹鋼板855。
[0053]所述加熱板852的材質(zhì)和所述加熱板蓋板853的材質(zhì)均為紫銅。
[0054]所述凹槽一 8521的空隙和所述凹槽二 8522的空隙均填滿導(dǎo)熱硅脂。
[0055]所述加熱板852通過耐高溫密封膠與所述加熱板蓋板853粘合。
[0056]本發(fā)明還提供了一種使用上述等熱流加熱裝置8的冪律流體在多孔介質(zhì)中等熱流加熱的實(shí)驗(yàn)裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括儲液箱1，所述儲液箱I內(nèi)設(shè)有攪拌器13，加熱棒19和連接有冷水機(jī)14的冷卻盤管12，所述儲液箱I通過管路依次與截止閥一 2，螺桿泵3，截止閥二 4，電磁流量計(jì)5，精密壓力表一 6，等熱流加熱裝置8，精密壓力表二 10和截止閥三11，所述截止閥三11通過管路與所述儲液箱I連接，所述螺桿泵3與所述儲液箱I之間還設(shè)有旁通回路，所述旁通回路上設(shè)有截止閥四18，所述加熱絲上連接有穩(wěn)壓器7和調(diào)壓器9，所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括采集所述K型熱電偶溫度數(shù)據(jù)和所述T型熱電偶溫度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器16，所述數(shù)據(jù)采集器16與分析數(shù)據(jù)的電腦17連接，所述儲液箱I上還設(shè)有排污閥15。
[0057]以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0058]實(shí)施例一
[0059]一種等熱流加熱裝置8，包括入口段，測試段85和出口段，測試段85包括一 U型槽851，所述U型槽的材質(zhì)為不銹鋼，等熱流加熱裝置總長為1.88m，其中入口段長0.84m,測試段85長為0.55m,出口段長0.49m，為了盡量使進(jìn)入多孔介質(zhì)前的流體得到充分發(fā)展，入口段相對較長，包括一段長0.34m的圓形管道一 81和長0.5m的方形管道一 82，方形管道一 82的后端管壁上設(shè)有用于安裝測量流體入口溫度的K型熱電偶一的通孔一 83，所述通孔一 83上焊接一個(gè)圓形螺紋圈和空心螺絲配合使用，便于安裝鎧裝K型熱電偶。出口段由長0.2m的方形管道二 88和0.29m的圓形管道二 89構(gòu)成，方形管道二 88的前端管壁上順次設(shè)有用于安裝測量流體入口溫度的K型熱電偶二的通孔二86和排氣口 87，同樣焊接了用于安裝熱電偶的圓形螺紋圈和空心螺絲，排氣孔87上設(shè)有排氣閥，排放實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行初始階段實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的氣體，能夠保證流體充滿整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。方形管道一 81的內(nèi)腔邊長，方形管道二88的內(nèi)腔邊長，圓形管道一 82的內(nèi)徑，圓形管道二 89的內(nèi)徑和測試段85的U型槽851的內(nèi)徑尺寸都是54.2_。
[0060]所述U型槽851上端開口處設(shè)有加熱板852，所述U型槽851內(nèi)填充有多孔介質(zhì)，所述多孔介質(zhì)的固體骨架的上表面與所述加熱板852的下表面相切，所述固體骨架由多個(gè)直徑為13.55mm的銅球856正交堆積而成，加熱板851的下表面直接和銅球856及流體接觸，提供穩(wěn)定的熱流密度。U型槽851的側(cè)壁設(shè)有3mm厚的聚氨酯板8511，所述U型槽851的底部設(shè)有1mm厚的聚氨酯板8511，起到一定的隔熱保溫作用。由于U型槽851為不銹鋼材質(zhì)，排列銅球856的過程中很容易出現(xiàn)過盈配合和間隙配合，而聚氨酯板8511具有一定的彈性，因此可以很好地彌裝配過程帶來的困難，使每個(gè)銅球856之間可以很好地接觸。實(shí)驗(yàn)要求加熱板852和固體骨架最上層的每一個(gè)銅球856都要接處，如上述原因一樣，位于U型槽底部的1mm厚的聚氨酯板8511的彈性可以確保固體骨架最上層的每一個(gè)銅球856和加熱板852接觸。所述U型槽851通過法蘭84分別于方形管道一 81和方形管道二 88連接。
[0061]加熱板852的制作過程:在長寬高分別為550X80.2X 13mm的紫銅板上切下550X80.2X2mm的加熱板蓋板853，在剩下的550X80.2Xllmm的紫銅板表面上切出520 X 72.2 X 2.5mm的池子，池子兩側(cè)各自再切出520 X 7 X Imm的凹槽二 8522，用于熱電偶線的匯集，之后在520X58.2mm的紫銅板表面切出寬度和深度均為Imm的凹槽一 8521，凹槽一 8521與所述加熱板852的寬度方向平行并與凹槽二 8522連通，用于布置加熱絲和T型熱電偶，在520X72.2X2.5mm的池子兩側(cè)的4mm寬的紫銅板平面上切出4個(gè)8X4X2mm的缺口用于順出T型熱電偶電源線和加熱絲兩端的電源線。
[0062]為了測量加熱板852壁面的溫度，求得加熱板852下表面局部對流換熱系數(shù)和平均換熱系數(shù)，對于換熱表面上的各點(diǎn)的溫度，考慮到熱電偶的安裝、引出的困難及保護(hù)換熱面的因素，故放棄了對其進(jìn)行直接測量，而采用在加熱板852上開凹槽一 8521，把T型熱電偶嵌入凹槽一 8521的內(nèi)部，測量各點(diǎn)的溫度值。K型熱電偶一測量流體入口溫度，K型熱電偶二測量流體出口溫度。因?yàn)槿肟诙螠囟雀鼽c(diǎn)相差較小，故在測試段85前端面上的中心線上選擇三個(gè)將測試段85前端面四等分的測溫點(diǎn)一 857安裝K型熱電偶，出口段流體由于已經(jīng)被加熱，各點(diǎn)溫度分布不均勻，故在測試段85的后端面上設(shè)置五個(gè)用于安裝K型熱電偶的測溫點(diǎn)二 858，通過面積加權(quán)求得流體出口的平均溫度。由于在銅板加熱器內(nèi)布置的T型熱電偶數(shù)量較多，需要詳細(xì)介紹T型熱電偶的分布點(diǎn)8524。在加熱板852的最邊緣的凹槽一 8521的中心位置安裝一個(gè)T型熱電偶，與之相鄰的凹槽一 8521的中心位置和偏離中心6.5mm處安裝兩個(gè)T型熱電偶，以此類推，間隔排列，即相鄰凹槽一 8521內(nèi)的T型熱電偶的個(gè)數(shù)不相同。由于測試段85入口的換熱較強(qiáng)，加熱板852溫度沿流體流動(dòng)方向溫度梯度較大，因此位于加熱板852上表面的前半部分上的凹槽一 8521的間距較小，之后隨著流體流動(dòng)換熱進(jìn)入充分發(fā)展段，凹槽一 8521的間距相對較大，并成等間距分布，由于加熱板852后半部分存在端部效應(yīng)，位于加熱板852上表面的半部分的凹槽一 8521的間距較小，與位于加熱板852上表面的前半部分的凹槽一 8521關(guān)于中心對稱分布。位于加熱板852上表面的前半部分的凹槽一 8521的間隔距離分別為6.5mm, 18.5mm和18.5mm,由于凹槽一 8521關(guān)于中心對稱分部，位于加熱板852上表面的后半部分的凹槽一 8521的間隔距離分別為18.5mm, 18.5mm和6.5mm,其余凹槽一 8521的間距為31.5mm,整體布置關(guān)于中心對稱。為了將T型熱電偶固定在凹槽一 8521內(nèi)，將直徑Imm的保險(xiǎn)絲削薄后嵌入凹槽一 8521內(nèi)，將布置好的T型熱電偶壓實(shí)。T型熱電偶放置好后，將加熱絲鋪在T型熱電偶的上面，加熱絲蛇形排列于多個(gè)凹槽一 8521上，加熱絲的制造工藝是將直徑為0.2mm的鎳鉻絲外涂上一層氧化鎂絕緣層，然后再用不銹鋼將加熱絲鎧裝，鎳鉻絲電阻為17.5歐姆，鎧裝之后加熱絲直徑為2.5mm,電壓220V時(shí)加熱絲功率接近2800W，加熱絲排列在熱電偶的上面，最后再用550 X 80.2 X 2mm的加熱板蓋板853壓在加熱絲上。之后為了降低加熱絲與加熱板852和加熱板蓋板853的接觸熱阻，在加熱板852和加熱板蓋板853之間的所有剩余空間內(nèi)涂滿導(dǎo)熱硅脂，可以減小加熱絲與加熱板852和加熱板蓋板853之間的接觸熱阻，對熱流密度的均勻性也起到很好地作用。加熱板852通過耐高溫密封膠與加熱板蓋板853粘合。加熱板蓋板853的上表面覆蓋一層3mm厚的石棉板854，石棉板854的上表面設(shè)有一 1mm厚的不銹鋼板855，所述不銹鋼板855通過螺栓與U型槽851連接，并將石棉板854，加熱板蓋板853，加熱板852和固體骨架固定在一起。
[0063]實(shí)施例二
[0064]一種使用上述等熱流加熱裝置8的冪律流體在多孔介質(zhì)中等熱流加熱的實(shí)驗(yàn)裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括儲液箱1，所述儲液箱I內(nèi)設(shè)有攪拌器13，加熱棒19和連接有冷水機(jī)14的冷卻盤管12，所述儲液箱I通過管路依次與截止閥一 2，螺桿泵3，截止閥二 4，電磁流量計(jì)5，精密壓力表一 6，等熱流加熱裝置8，精密壓力表二 10和截止閥三11，所述截止閥三11通過管路與所述儲液箱I連接，所述螺桿泵3與所述儲液箱I之間還設(shè)有旁通回路，所述旁通回路上設(shè)有截止閥四18，所述加熱絲上連接有穩(wěn)壓器7和調(diào)壓器9，所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括采集所述K型熱電偶溫度數(shù)據(jù)和所述T型熱電偶溫度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器16，所述數(shù)據(jù)采集器16與分析數(shù)據(jù)的電腦17連接，所述儲液箱I上還設(shè)有排污閥15，管路連接時(shí)密封采用厭氧膠，起到一定的密封隔熱效果。
[0065]下面以實(shí)施例三和實(shí)施例四來詳細(xì)說明使用上述實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行冪律流體在多孔介質(zhì)中等熱流加熱的實(shí)驗(yàn)過程。
[0066]實(shí)施例三
[0067]不同濃度的聚丙烯酰胺溶液在不同入口溫度下流經(jīng)多孔介質(zhì)的阻力分析。
[0068]按照將流動(dòng)阻力分為層流粘性阻力和慣性阻力的觀點(diǎn)，將多孔介質(zhì)中的流動(dòng)阻力分為Darcy流動(dòng)阻力和Forchheimer流動(dòng)阻力。按照參考文獻(xiàn)，將實(shí)驗(yàn)區(qū)域按繞流顆粒雷諾數(shù)ReD分為Darcy流動(dòng)、過渡流動(dòng)和Forchheimer流動(dòng)。
[0069]通過實(shí)驗(yàn)研究冪律指數(shù)η、溫度T對Darcy流動(dòng)、過渡流動(dòng)及Forchheimer流動(dòng)的影響程度。
[0070]實(shí)驗(yàn)過程如下:
[0071](I)檢測實(shí)驗(yàn)室電源是否正常，熱電偶零點(diǎn)端是否正常；
[0072](2)開啟計(jì)算機(jī)17，數(shù)據(jù)采集器16，電磁流量計(jì)5 ；
[0073](3)穩(wěn)壓器7、調(diào)壓器9及萬用表開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0074](4)向儲液箱I內(nèi)注水，冪律流體為聚丙烯酰胺溶液，提前將配好的聚丙烯酰胺母液倒入儲液箱I內(nèi)按濃度稀釋，靜置24小時(shí)后，完全溶解；
[0075](5)將裝置上所有閥門調(diào)到最大，開啟螺桿泵3開關(guān)和儲液箱I內(nèi)加熱棒19，設(shè)置好所需的入口溫度；
[0076](6)監(jiān)測電磁流量計(jì)5的讀數(shù)，調(diào)節(jié)各閥門控制流體流經(jīng)測試段85的流量，在調(diào)節(jié)各閥門過程中將設(shè)在排氣孔87上的排氣閥打開，當(dāng)排氣孔87不再有氣體排出時(shí)將排氣閥關(guān)閉，繼續(xù)調(diào)節(jié)各閥門直至流量達(dá)到預(yù)定流量。整個(gè)操作過程注意測試段85后方的精密壓力表二 10的讀數(shù)始終為正壓。
[0077](7)待儲液箱I的溫度距離設(shè)定溫度還差3°C左右時(shí)開啟冷水機(jī)14的制冷開關(guān)；
[0078](8)監(jiān)測通孔一 83 (即測試段入口)處K型熱電偶的溫度變化，待溫度變化曲線平直且各K型熱電偶的溫度十五分鐘之內(nèi)變化不超過0.1度時(shí)記錄各個(gè)K型熱電偶的的讀數(shù)，與此同時(shí)記錄精密壓力表一 6和精密壓力表二 10的讀數(shù)；
[0079](9)溫度及壓力記錄完畢后重復(fù)步驟(5)，(6)，(7)，(8)；
[0080](10)關(guān)閉冷水機(jī)14開關(guān)，最后關(guān)閉螺桿泵3及加熱棒19的開關(guān)。
[0081](11)打開排污閥15，將實(shí)驗(yàn)流體排空，拆開測試段85前后的法蘭84，將測試段85內(nèi)的流體排出后，再用法蘭84連接好，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
[0082]實(shí)驗(yàn)過程測定了四種質(zhì)量濃度為C = 0.5g/L、C = 1.0g/L、C = 1.5g/L、C = 2.0g/L的PAM(聚丙烯酰胺)溶液以四種不同的溫度20°C、30°C、40°C、50°C流經(jīng)多孔介質(zhì)時(shí)的壓降Δ P隨繞流顆粒雷諾數(shù)Re11的變化情況，其中，銅球856的顆粒直徑dp = 0.01355m,多孔介質(zhì)的孔隙率ε =0.48。
[0083]從圖10至圖13可以看出四種不同濃度的聚丙烯酰胺在不同溫度下流經(jīng)同一多孔介質(zhì)的壓降與流量的關(guān)系。可以看出多孔介質(zhì)會大大增加流體流過多孔介質(zhì)的阻力，流體流經(jīng)多孔介質(zhì)的壓降隨流量的增大而增加。由于黏性流體流經(jīng)管路的壓降與流速的關(guān)系為:ΛΡ Oc Vn(n =丨~2)，所以流體流速的增加會導(dǎo)致壓降的增大。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以看出冪律流體流經(jīng)正交堆積多孔介質(zhì)的流動(dòng)壓降與Re11基本上符合二次曲線的關(guān)系(ΔΡ = a+b*ReD+c*ReD2), a、b、c的具體數(shù)值如表一所示。
[0084]表一壓降與繞流顆粒雷諾數(shù)的二次曲線關(guān)系的系數(shù)a，b, c
[0085]
【權(quán)利要求】
1.一種等熱流加熱裝置，其特征在于，所述等熱流加熱裝置包括入口段，測試段和出口段； 所述入口段包括順次連通的圓形管道一和方形管道一，所述方形管道一的后端管壁上設(shè)有用于安裝測量流體入口溫度的K型熱電偶一的通孔一； 所述出口段包括順次連通的方形管道二和圓形管道二，所述方形管道二的前端管壁上順次設(shè)有用于安裝測量流體出口溫度的K型熱電偶二的通孔二和排氣口 ； 所述測試段包括一 U型槽，所述U型槽上端開口處設(shè)有加熱板,所述U型槽內(nèi)填充有多孔介質(zhì)，所述多孔介質(zhì)的固體骨架的上表面與所述加熱板的下表面相切； 所述U型槽的前端與所述方形管道一的后端連通，所述U型槽的后端與所述方形管道二的前端連通； 所述加熱板的上表面設(shè)有多個(gè)與所述加熱板的寬度方向平行的凹槽一，所述加熱板的上表面的兩側(cè)分別設(shè)有沿所述加熱板長度方向延伸的所述凹槽二，所述凹槽二與多個(gè)所述凹槽一連通，所述加熱板上還設(shè)有加熱絲，所述加熱絲蛇形排列于所述多個(gè)凹槽一上；所述凹槽一內(nèi)設(shè)有T型熱電偶，所述加熱板上還設(shè)有蓋合所述凹槽一和所述凹槽二的加熱板蓋板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等熱流加熱裝置，其特征在于:所述固體骨架由多個(gè)銅球正交堆積而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等熱流加熱裝置，其特征在于:所述固體骨架與所述U型槽的內(nèi)壁之間還設(shè)有聚氨酯板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等熱流加熱裝置，其特征在于:位于所述加熱板上表面的前半部分和后半部分上的所述凹槽一之間的間距小于位于所述加熱板上表面的中間部分上的所述凹槽一之間的間距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等熱流加熱裝置，其特征在于:所述加熱板蓋板的上表面覆蓋一層石棉板，所述石棉板的上表面設(shè)有一不銹鋼板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等熱流加熱裝置，其特征在于:所述加熱板的材質(zhì)和所述加熱板蓋板的材質(zhì)均為紫銅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等熱流加熱裝置，其特征在于:所述凹槽一的空隙和所述凹槽二的空隙均填滿導(dǎo)熱硅脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等熱流加熱裝置，其特征在于:所述加熱板通過耐高溫密封膠與所述加熱板蓋板粘合。
9.一種使用I至8任一權(quán)利要求所述的等熱流加熱裝置的冪律流體在多孔介質(zhì)中等熱流加熱的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)裝置包括儲液箱，所述儲液箱內(nèi)設(shè)有攪拌器，加熱棒和連接有冷水機(jī)的冷卻盤管，所述儲液箱通過管路依次與截止閥一，螺桿泵，截止閥二，電磁流量計(jì)，精密壓力表一，等熱流加熱裝置，精密壓力表二和截止閥三，所述截止閥三通過管路與所述儲液箱連接，所述螺桿泵與所述儲液箱之間還設(shè)有旁通回路，所述旁通回路上設(shè)有截止閥四，所述加熱絲上連接有穩(wěn)壓器和調(diào)壓器，所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括采集所述K型熱電偶溫度數(shù)據(jù)和所述T型熱電偶溫度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器與分析數(shù)據(jù)的電腦連接，所述儲液箱上還設(shè)有排污閥。
【文檔編號】G01N11/00GK104198331SQ201410458889
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】王平, 孫振華, 金東旭, 權(quán)生林, 劉亞, 田興旺 申請人:大連理工大學(xué)
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