本發(fā)明涉及能源換熱技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種角度可調(diào)諧的容器沸騰換熱實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

沸騰傳熱熱量從壁面?zhèn)鹘o液體，使液體沸騰汽化的對(duì)流傳熱過(guò)程。沸騰傳熱與氣泡的產(chǎn)生和脫離密切相關(guān)，氣泡形成的條件是：①液體必須過(guò)熱；②要有汽化核心。這些條件是由氣泡與周?chē)后w的力平衡和熱平衡所決定的。沸騰作為一種高效的具有相變的換熱方式廣泛存在于各種換熱設(shè)備中，如鍋爐爐膛的水冷壁，微電子的冷卻器等，由于氣泡行為的復(fù)雜特性，對(duì)其研究尚不充分，因而在很大程度上限制了其應(yīng)用。

影響沸騰傳熱過(guò)程的因素很多，包括液體和蒸氣的性質(zhì)、加熱面的表面物理性質(zhì)和粗糙程度，尤其重要的是液體對(duì)表面的潤(rùn)濕性以及操作壓力和溫度差。在泡核沸騰范圍內(nèi)，溫度差越大，傳熱分系數(shù)也越大。加熱壁面粗糙和能被液體潤(rùn)濕時(shí)，也能使傳熱分系數(shù)增大。據(jù)此，將細(xì)小金屬顆粒沉積于金屬板或管上，制成金屬多孔表面，可使沸騰傳熱分系數(shù)提高十幾倍至幾十倍。而通過(guò)對(duì)氣泡的研究，能夠分析出加熱方式、液體擾動(dòng)性對(duì)于沸騰傳熱的影響，有助于加快沸騰傳熱技術(shù)的發(fā)展。

現(xiàn)有技術(shù)中已有相關(guān)的技術(shù)方案公開(kāi)，本方案申請(qǐng)人曾于2016年6月24日申報(bào)過(guò)類(lèi)似的專(zhuān)利技術(shù)方案，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?01610477989.4，專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可視化大容器沸騰實(shí)驗(yàn)裝置，該申請(qǐng)案公開(kāi)了一種可視化大容器實(shí)驗(yàn)裝置，屬于能源換熱領(lǐng)域。該裝置主要由支架、加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、水浴加熱機(jī)構(gòu)和高速攝像機(jī)和掃描電鏡等組成，所述加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在支架上，水浴加熱機(jī)構(gòu)位于加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)下方，在支架上設(shè)置有仿臂支架，掃描電鏡固定在仿臂支架上，通過(guò)高速攝像機(jī)和掃描電鏡采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

上述申請(qǐng)案能夠直接觀察到加熱絲上氣泡生長(zhǎng)過(guò)程和各種射流現(xiàn)象，并可獲得加熱絲上氣泡的直徑與熱流密度的關(guān)系，但是經(jīng)過(guò)使用發(fā)現(xiàn)，氣泡還會(huì)受到重力等因素的影響，而這種實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法完成檢測(cè)重力的是影響實(shí)驗(yàn)，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法觀測(cè)重力對(duì)氣泡生成影響的不足，提供了一種角度可調(diào)諧的容器沸騰換熱實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，本發(fā)明適用于任何工質(zhì)，能夠直接觀察到加熱絲上氣泡生長(zhǎng)過(guò)程和各種射流現(xiàn)象，并且可同時(shí)研究水平和傾斜等不同情況，可獲得加熱絲上氣泡的直徑與熱流密度的關(guān)系，從而為研究沸騰換熱問(wèn)題提供了理論研究基礎(chǔ)。

2.技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種角度可調(diào)諧的容器沸騰換熱實(shí)驗(yàn)裝置，包括支架、加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、水浴加熱機(jī)構(gòu)、高速攝像機(jī)和掃描電鏡，所述的加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的固定機(jī)構(gòu)主要由量角片、滑槽和沸騰加熱絲組成，量角片為半圓環(huán)形，其中部與加熱絲固定架連接，在量角片上對(duì)稱(chēng)開(kāi)設(shè)有滑槽，所述沸騰加熱絲的端部通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘固定在滑槽中，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)沸騰加熱絲的傾斜角度。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的加熱絲固定架的底端伸出在量角片的凹弧內(nèi)，其底端與沸騰加熱絲相連，使沸騰加熱絲被分為兩部分。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述加熱絲固定架底部設(shè)置有與導(dǎo)線相連的兩個(gè)卡座，加熱絲固定架底部引出兩根沸騰加熱絲，該沸騰加熱絲一端與卡座相連，另一端與調(diào)節(jié)螺釘相連，形成兩個(gè)回路。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述量角片上對(duì)稱(chēng)設(shè)置有兩段半裸導(dǎo)線，該半裸導(dǎo)線為圓弧形，且半徑尺寸小于滑槽的半徑尺寸。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述量角片上刻有刻度線，該刻度線沿滑槽的邊沿設(shè)置。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，裝置中的支架、加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、水浴加熱機(jī)構(gòu)相連接，所述加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在支架上，水浴加熱機(jī)構(gòu)位于加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)下方，在支架上設(shè)置有仿臂支架，掃描電鏡固定在仿臂支架上，通過(guò)高速攝像機(jī)和掃描電鏡采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)、升降支桿固定架和升降支桿組成，升降支桿固定架沿支架上端的實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)徑向設(shè)置并能夠繞實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述升降支桿活動(dòng)設(shè)置在升降支桿固定架下部，并能夠通過(guò)升降支桿控制加熱絲固定機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動(dòng)。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的水浴加熱機(jī)構(gòu)包括加熱池、沸騰池和加熱模塊，加熱模塊用于對(duì)加熱池內(nèi)的液體換熱工質(zhì)加熱，加熱池通過(guò)液體換熱工質(zhì)對(duì)放置在其內(nèi)部的沸騰池加熱，加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上的沸騰加熱絲放置在沸騰池內(nèi)的蒸餾水中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

本發(fā)明的一種角度可調(diào)諧的容器沸騰換熱實(shí)驗(yàn)方法，采用角度可調(diào)諧的容器沸騰換熱實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其步驟為：

1)實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備：

每次實(shí)驗(yàn)前在沸騰池中加入適量的蒸餾水，在加熱池中加入換熱工質(zhì)，將沸騰加熱絲用調(diào)節(jié)螺釘固定在量角片上，沸騰加熱絲與半裸導(dǎo)線相接觸，調(diào)節(jié)沸騰加熱絲的角度；

2)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置：

根據(jù)加熱池中液位選擇加熱電源的加熱檔位，恒溫加熱沸騰池，使沸騰池中蒸餾水的溫度為設(shè)定值，接通沸騰加熱絲上直流電；

3)信息收集：

調(diào)節(jié)仿臂支架上掃描電鏡和高速攝像機(jī)的位置和角度，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

4)調(diào)整工況?。?/p>

選擇合適的角度，當(dāng)沸騰池中蒸餾水的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉加熱電源，調(diào)整沸騰加熱絲的直流電源上的電流開(kāi)關(guān)，改變電流大小，獲得同一位置，同一過(guò)冷度時(shí)不同熱流密度情況下氣泡現(xiàn)象，保存文件，記錄數(shù)據(jù)；

5)調(diào)整工況ⅱ：

選擇合適的角度，調(diào)整沸騰加熱絲的直流電源上的電流開(kāi)關(guān)，使其電流、電壓維持一個(gè)定值，然后調(diào)整加熱電源，獲得同一位置，同一熱流密度時(shí)不同過(guò)冷度情況下的各種氣泡現(xiàn)象，保存文件，記錄數(shù)據(jù)；

6)調(diào)整工況ⅲ：

當(dāng)沸騰池中蒸餾水的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉加熱電源，調(diào)整沸騰加熱絲的直流電源上的電流開(kāi)關(guān)，使其電流、電壓維持一個(gè)定值，調(diào)節(jié)沸騰加熱絲的角度，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得同一熱流密度時(shí)同一過(guò)冷度情況下的不同角度的各種氣泡現(xiàn)象，保存文件，記錄數(shù)據(jù)；

7)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，觀察沸騰池加熱絲上氣泡的四種掃蕩現(xiàn)象和氣泡頂部射流現(xiàn)象，根據(jù)掃描電鏡分辨率網(wǎng)格和沸騰池加熱絲直徑估算氣泡直徑。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟6)中的加熱絲固定架底部設(shè)有卡座，沸騰加熱絲與卡座相連，沸騰加熱絲位于加熱絲固定架兩側(cè)的部分傾斜角度不同。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明中加熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)、升降支桿固定架、升降支桿和量角片之間的組合可實(shí)現(xiàn)：轉(zhuǎn)動(dòng)、平移和升降運(yùn)動(dòng)，并能夠通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)沸騰加熱絲的位置，改變其傾斜角度，則既可以不同角度調(diào)節(jié)沸騰加熱絲位置，觀測(cè)重力對(duì)氣泡生成的影響，又能夠調(diào)節(jié)沸騰加熱絲高度，方便實(shí)驗(yàn)調(diào)整，獲得較好的實(shí)驗(yàn)位置，便于觀察；

(2)本發(fā)明通過(guò)螺釘在槽孔移動(dòng)固定某一角度的沸騰加熱絲，并用加熱絲固定架把沸騰加熱絲分成兩部分，不僅可以調(diào)節(jié)不同傾角的沸騰加熱絲，獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果，還可以進(jìn)行左右對(duì)比，從而減輕實(shí)驗(yàn)操作量，直觀的獲得較為精確的結(jié)果；

(3)本發(fā)明通過(guò)加熱池對(duì)沸騰池進(jìn)行加熱，即將沸騰池放置在加熱池中，沸騰池一半在水中，一半在空氣中，利用加熱池下部的水加熱沸騰池，沸騰池內(nèi)水溫緩慢上升且溫度分布均勻，排除了由于水中沸騰擾動(dòng)對(duì)加熱絲上形成氣泡的影響，便于做各種過(guò)冷度工況下的實(shí)驗(yàn)；

(4)本發(fā)明配合設(shè)置的高速攝像機(jī)，可拍攝沸騰池加熱絲上氣泡掃蕩、合并、脫離現(xiàn)象；所設(shè)置掃描電鏡能夠拍攝沸騰池加熱絲上氣泡脫離直徑大小、頻率及射流現(xiàn)象，獲得沸騰加熱絲上氣泡的直徑與熱流密度以及位置的關(guān)系，從而為研究沸騰換熱問(wèn)題提供了理論研究基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，原理簡(jiǎn)單，便于推廣使用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中加熱模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中加熱絲固定機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中倒v槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中沸騰加熱絲上五種掃蕩現(xiàn)象示意圖；

圖6為本發(fā)明中沸騰加熱絲上射流現(xiàn)象示意圖；

圖7為本發(fā)明中掃描電鏡觀測(cè)的沸騰加熱絲及氣泡的尺寸示意圖。

示意圖中的標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1、實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座；2、加熱池；3、實(shí)驗(yàn)臺(tái)支柱；4、加熱電源；5、實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)；6、升降支桿固定架；7、升降支桿；8、加熱絲固定架；9、沸騰池；10、高速攝像機(jī)；11、掃描電鏡；12、仿臂支架；13、供熱加熱絲；14、補(bǔ)光燈；15、量角片；16、滑槽；17、調(diào)節(jié)螺釘；18、半裸導(dǎo)線；19、沸騰加熱絲；20、倒v槽。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

結(jié)合圖1，本實(shí)施例的一種角度可調(diào)諧的容器沸騰換熱實(shí)驗(yàn)裝置，主要由支架、加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、水浴加熱機(jī)構(gòu)、高速攝像機(jī)10和掃描電鏡11等組成，加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括加熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和加熱絲固定機(jī)構(gòu)，加熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與支架相連，用于水平或豎直調(diào)節(jié)加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。水浴加熱機(jī)構(gòu)位于加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)下方，加熱絲固定機(jī)構(gòu)上的沸騰加熱絲17在水浴加熱機(jī)構(gòu)中進(jìn)行加熱實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)施例中的支架主要由實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座1和實(shí)驗(yàn)臺(tái)支柱3組成，3根實(shí)驗(yàn)臺(tái)支柱3沿實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座1周向均勻間隔分布，實(shí)驗(yàn)臺(tái)支柱3下端設(shè)置有仿臂支架12，掃描電鏡11固定在仿臂支架12上，通過(guò)高速攝像機(jī)10和掃描電鏡11采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，仿臂支架12為增穩(wěn)云臺(tái)，掃描電鏡11在仿臂支架12上具有多個(gè)方向運(yùn)動(dòng)自由度，可以水平調(diào)節(jié)或豎直調(diào)節(jié)或進(jìn)行觀測(cè)角度調(diào)節(jié)，使用方便，能夠獲得較好的實(shí)驗(yàn)位置，便于觀察。

本實(shí)施例中的水浴加熱機(jī)構(gòu)包括加熱池2、沸騰池9和加熱模塊，加熱模塊用于對(duì)加熱池2內(nèi)的流體換熱工質(zhì)加熱，加熱池2設(shè)置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座1上，沸騰池9放置在加熱池2的流體換熱工質(zhì)中加熱，加熱池2通過(guò)流體換熱工質(zhì)對(duì)沸騰池9中蒸餾水加熱，加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上的沸騰池加熱絲17放置在沸騰池9內(nèi)的蒸餾水中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

如圖2所示，加熱模塊包括加熱電源4、電源支撐板和供熱加熱絲13，加熱電源4設(shè)置在電源支撐板上側(cè)，供熱加熱絲13設(shè)置在電源支撐板下側(cè)，加熱電源4為供熱加熱絲13提供電能產(chǎn)熱，供熱加熱絲13可以設(shè)置為多圈環(huán)繞的電阻絲，以提高產(chǎn)熱效率。電源支撐板放置在加熱池2上，則供熱加熱絲13位于加熱池2中，加熱電源4控制供熱加熱絲13發(fā)熱為流體換熱工質(zhì)加熱。可以把加熱池2設(shè)置為矩形體結(jié)構(gòu)，則可在加熱池2一側(cè)放置加熱模塊，另一側(cè)用于放置沸騰池9。

值得說(shuō)明的是，如圖2所示，供熱加熱絲13通過(guò)兩側(cè)的安裝架與加熱電源4連接，或者直接與支撐板相連，在同一安裝架上設(shè)置有上下兩圈供熱加熱絲13。進(jìn)一步地，為了方便對(duì)不同液位的流體換熱工質(zhì)進(jìn)行加熱，提供不同的加熱效率，分左右兩側(cè)設(shè)置兩組供熱加熱絲13，兩組供熱加熱絲13所處的位置高度不同。當(dāng)液位較低時(shí)，可以直接采用較低高度的供熱加熱絲13進(jìn)行加熱；當(dāng)液位較高時(shí)，兩組同時(shí)開(kāi)啟，則可在不同高度進(jìn)行加熱，加熱效率高，而且溫度分布均勻，有助于沸騰池9內(nèi)溫度分布的均勻性。

為了能夠通過(guò)高速攝像機(jī)10和掃描電鏡11進(jìn)行觀測(cè)，加熱池2和沸騰池9均為透明材質(zhì)材料，本實(shí)施例中選為用透明pc材料。pc材料強(qiáng)度較好，可耐150℃溫度，透明度很高，可滿(mǎn)足觀察和拍照需要。

由于通過(guò)加熱池2對(duì)沸騰池9進(jìn)行加熱，形成半水浴加熱，即將沸騰池9放置在加熱池2中，沸騰池一半在水中，一半在空氣中，利用加熱池2下部的水加熱沸騰池9，沸騰池9水溫緩慢上升且溫度分布均勻，排除了由于水中沸騰擾動(dòng)對(duì)加熱絲上形成氣泡的影響，便于做各種過(guò)冷度工況下的實(shí)驗(yàn)。

結(jié)合圖3，加熱絲固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的加熱絲固定機(jī)構(gòu)主要由主要由量角片15、滑槽16和沸騰加熱絲19組成，量角片15為半圓環(huán)形，其中部與加熱絲固定架8連接，即通過(guò)加熱絲固定架8使量角片15被固定，其圓形開(kāi)口朝下。在量角片15上對(duì)稱(chēng)開(kāi)設(shè)有滑槽16，滑槽16內(nèi)配合設(shè)置有調(diào)節(jié)螺釘17，沸騰加熱絲19的兩端分別通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘17固定在滑槽16中，當(dāng)移動(dòng)其中一個(gè)調(diào)節(jié)螺釘17在滑槽16中的位置時(shí)，沸騰加熱絲19的傾斜角度改變，即通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘17可調(diào)節(jié)沸騰加熱絲19的傾斜角度。

調(diào)整沸騰池加熱絲的過(guò)程中，由于需要構(gòu)成回路，且盡量不受外界干擾，量角片16選用普通pc材料，在量角片16上對(duì)稱(chēng)設(shè)置兩段半裸導(dǎo)線18，該半裸導(dǎo)線18成圓弧形分布，半裸導(dǎo)線18下端與沸騰加熱絲19相接觸，其上端與導(dǎo)線相連，構(gòu)成回路。且半徑尺寸小于滑槽16的半徑尺寸，當(dāng)用調(diào)節(jié)螺釘17把沸騰加熱絲19固定后，沸騰加熱絲19被壓在量角片16上，其表面與半裸露導(dǎo)線18貼合，保證連接成回路以及角度的精確性，盡量的減少了誤差。

實(shí)施例2

結(jié)合圖4，本實(shí)施例的一種角度可調(diào)諧的容器沸騰換熱實(shí)驗(yàn)裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，其不同之處在于：加熱絲固定架8的底端伸出在量角片15的凹弧內(nèi)，其底部設(shè)置有與導(dǎo)線相連的兩個(gè)卡座20，加熱絲固定架8底部引出兩根沸騰加熱絲19，該沸騰加熱絲19一端與卡座20相連，另一端與調(diào)節(jié)螺釘17相連，形成兩個(gè)回路。分別調(diào)整沸騰加熱絲19兩端的調(diào)節(jié)螺釘17的位置，能夠形成兩個(gè)傾斜角度，可同時(shí)進(jìn)行不同傾斜角度的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)一步地，量角片15上刻有刻度線，該刻度線沿滑槽16的邊沿設(shè)置，便于對(duì)調(diào)節(jié)螺釘17位置的調(diào)整。在當(dāng)沸騰加熱絲19水平位置時(shí)，可以設(shè)置角度為0°，刻度線可以標(biāo)志70°。

上述結(jié)構(gòu)設(shè)置更易于調(diào)節(jié)，且設(shè)置左右對(duì)比，盡可能的減少操作量，方便可觀的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，無(wú)論水平調(diào)節(jié)還是任意角度調(diào)節(jié)均可以滿(mǎn)足，易于使用。本實(shí)施例中直流電路電線和電流、電壓測(cè)量線路均從加熱絲固定架內(nèi)部穿過(guò)，并經(jīng)過(guò)半裸露導(dǎo)線與沸騰池加熱絲連接。以及具體的實(shí)驗(yàn)記錄設(shè)備可直接采用現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例可不作具體敘述。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的一種角度可調(diào)諧的容器沸騰換熱實(shí)驗(yàn)裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同，其不同之處在于：本實(shí)施例中加熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)7、升降支桿固定架8和升降支桿9組成。其中，實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)7固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)支柱3頂端，水平固定，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)7內(nèi)壁開(kāi)設(shè)有環(huán)形槽，升降支桿固定架8沿支架上端的實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)7徑向設(shè)置，升降支桿固定架8的兩端位于環(huán)形槽中，則升降支桿固定架8能夠繞實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)9中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，升降支桿固定架8還可徑向設(shè)置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)9上方，主要目的在于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體結(jié)構(gòu)沒(méi)有特別限制。

此外，在升降支桿固定架8下壁開(kāi)設(shè)有t型槽，升降支桿9上端對(duì)應(yīng)設(shè)置有t形連接塊，則手動(dòng)使升降支桿9相對(duì)升降支桿固定架8滑動(dòng)。進(jìn)一步地，可以在升降支桿固定架8下壁外部設(shè)置齒條，升降支桿9上配合固定電機(jī)，則可通過(guò)電機(jī)控制升降支桿9滑動(dòng)。升降支桿9能夠進(jìn)行伸縮變化，其驅(qū)動(dòng)方式可以是手動(dòng)或電動(dòng)，沒(méi)有具體限制。把加熱絲固定機(jī)構(gòu)連接在升降支桿9下端，則既可以水平調(diào)節(jié)加熱絲固定機(jī)構(gòu)位置，又能夠調(diào)節(jié)加熱絲固定機(jī)構(gòu)高度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)沸騰池加熱絲19位置的控制。

加熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)、升降支桿固定架和升降支桿之間的組合可實(shí)現(xiàn)、轉(zhuǎn)動(dòng)、平移和升降運(yùn)動(dòng)，則既可以不同角度調(diào)節(jié)沸騰加熱絲位置，又能夠調(diào)節(jié)沸騰加熱絲高度，方便實(shí)驗(yàn)調(diào)整，獲得較好的實(shí)驗(yàn)位置，便于觀察。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的一種角度可調(diào)諧的容器沸騰換熱實(shí)驗(yàn)裝置，其中升降支桿固定架6在實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂環(huán)5中的轉(zhuǎn)動(dòng)、升降支桿7相對(duì)升降支桿固定架6的滑動(dòng)以及升降支桿7的升降運(yùn)動(dòng)均由相應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制，并通過(guò)控制系統(tǒng)控制三個(gè)電機(jī)的動(dòng)作，采用機(jī)械化控制代替手動(dòng)控制，精確性更高，而且可避免操作過(guò)程中被燙傷等危險(xiǎn)。所使用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可采用常規(guī)的驅(qū)動(dòng)方式，不需要贅述。

以上各實(shí)施例不同特征之間可以相互組合，不局限于所列舉方案。針對(duì)上述實(shí)施例提供的可視化大容器實(shí)驗(yàn)裝置，本發(fā)明還提供了一種可視化大容器實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，其具體步驟為：

1)實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備：

每次實(shí)驗(yàn)前在沸騰池中加入適量的蒸餾水，在加熱池中加入換熱工質(zhì)，將沸騰加熱絲19用調(diào)節(jié)螺釘17固定在量角片15上，沸騰加熱絲19與半裸導(dǎo)線18相接觸，調(diào)節(jié)沸騰加熱絲19的角度；

所述的換熱工質(zhì)為流體換熱工質(zhì)，如水、金屬或非金屬顆粒的納米流體、丙烷、異丁烷等，不同工質(zhì)的沸騰換熱情況不同，本裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種換熱工質(zhì)的沸騰換熱研究。

2)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置：

根據(jù)加熱池2中液位選擇加熱電源4的加熱檔位，若液位較低，可只啟動(dòng)單個(gè)供熱加熱絲13進(jìn)行加熱；若液位較高，可同時(shí)啟動(dòng)兩組供熱加熱絲13同時(shí)加熱；加熱池2內(nèi)溫度持續(xù)上升，沸騰池9中溫度也會(huì)緩慢升高，直至沸騰池9中溫度達(dá)到所需溫度，然后開(kāi)始恒溫加熱沸騰池，使得沸騰池的工質(zhì)具有一定過(guò)熱度或過(guò)冷度，方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在加熱過(guò)程中，采用斷續(xù)加熱方式，當(dāng)溫差達(dá)到或超過(guò)20℃時(shí)，可斷電停止加熱，等溫度差接近到5℃范圍以?xún)?nèi)時(shí)再繼續(xù)進(jìn)行加熱。這樣一方面能夠減少流體換熱工質(zhì)中水的蒸發(fā)，另一方面可減少電能的損耗。

此外，在加熱時(shí)還可在沸騰池9上加個(gè)蓋子，減少蒸餾水的蒸發(fā)速度與熱量的損失；當(dāng)沸騰池9中蒸餾水的溫度為設(shè)定值后，持續(xù)加熱一段時(shí)間，排除水本身所帶不凝結(jié)氣體，然后接通沸騰池加熱絲17上直流電可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3)信息收集：

調(diào)節(jié)仿臂支架12上掃描電鏡11和高速攝像機(jī)10的位置和角度，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

把高速攝像機(jī)10用三腳架固定，設(shè)置好高速攝像機(jī)10的高度和距沸騰池加熱絲17的距離，之后進(jìn)行進(jìn)光量和焦距的調(diào)試。需要注意的是，高速攝像機(jī)10不能距離沸騰池加熱絲17太近，防止水蒸氣影響實(shí)驗(yàn)效果，甚至損壞高速攝像機(jī)10。掃描電鏡11通過(guò)仿臂支架12設(shè)定好位置和角度，在實(shí)驗(yàn)時(shí)采集觀測(cè)信息。

掃描電鏡11用于拍攝沸騰池加熱絲17上氣泡脫離直徑大小、頻率及射流現(xiàn)象，高速攝像機(jī)10用于拍攝沸騰池加熱絲17上氣泡掃蕩、合并、脫離現(xiàn)象。

4)調(diào)整工況?。?/p>

選擇合適的角度，當(dāng)沸騰池9中蒸餾水的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉加熱電源4，調(diào)整沸騰加熱絲19的直流電源上的電流開(kāi)關(guān)，改變電流大小，獲得同一位置，同一過(guò)冷度時(shí)不同熱流密度情況下氣泡現(xiàn)象，保存文件，記錄數(shù)據(jù)；

其過(guò)程是先調(diào)節(jié)直流電源電壓電流，使其都為零，然后打開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)，先逐步增大電壓至足夠大，電流保持為零，再逐漸調(diào)整電流至合適位置，利用微調(diào)旋鈕進(jìn)行更精確的調(diào)節(jié)。需要時(shí)方可利用高速攝相機(jī)10或者掃描電鏡11進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

5)調(diào)整工況ⅱ：

選擇合適的角度，調(diào)整沸騰加熱絲19的直流電源上的電流開(kāi)關(guān)，使其電流、電壓維持一個(gè)定值，然后調(diào)整加熱電源4，獲得同一位置，同一熱流密度時(shí)不同過(guò)冷度情況下的各種氣泡現(xiàn)象，保存文件，記錄數(shù)據(jù)；

6)調(diào)整工況ⅲ：

當(dāng)沸騰池9中蒸餾水的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉加熱電源4，調(diào)整沸騰加熱絲19的直流電源上的電流開(kāi)關(guān)，使其電流、電壓維持一個(gè)定值，調(diào)節(jié)沸騰加熱絲19的角度，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得同一熱流密度時(shí)同一過(guò)冷度情況下的不同角度的各種氣泡現(xiàn)象，保存文件，記錄數(shù)據(jù)；

待所有實(shí)驗(yàn)都進(jìn)行完畢時(shí)，首先要關(guān)閉加熱電源4與直流電源開(kāi)關(guān)，然后將沸騰加熱絲19升起，整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)(此時(shí)水溫較高，以防燙手)，暫時(shí)不用蒸餾水時(shí)需用蓋子將沸騰池封閉，以免空氣影響蒸餾水質(zhì)量。如果需要多次做實(shí)驗(yàn)時(shí)，需更換蒸餾水，因?qū)嶒?yàn)過(guò)程中會(huì)影響蒸餾水的純度，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

進(jìn)一步地，還可更換不同直徑的沸騰池加熱絲或者是換熱工質(zhì)，重復(fù)上述步驟試驗(yàn)，研究不同沸騰池加熱絲和換熱工質(zhì)下的沸騰換熱情況。

更換沸騰加熱絲19時(shí)必須先將直流電源斷電，以防損壞沸騰加熱絲19，再使用加熱絲升降支桿7將沸騰加熱絲19升起，換成其他加熱絲。

在工況ⅰ和工況ⅱ進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以調(diào)整沸騰加熱絲為水平位置，也可設(shè)置其中一條沸騰加熱絲處于水位置，另一條處于傾斜角度，能夠同時(shí)觀測(cè)兩種狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，便于比對(duì)；在工況ⅲ中可以設(shè)置兩條加熱絲處于不同的傾斜角度，針對(duì)不同傾斜角度情況進(jìn)行比對(duì)。另外，本方案中不同工況是單獨(dú)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，在步驟上列出先后順序只是方便方案描述，具體操作時(shí)可單獨(dú)進(jìn)行。

7)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，觀察沸騰池加熱絲上氣泡的四種掃蕩現(xiàn)象和氣泡頂部射流現(xiàn)象，根據(jù)掃描電鏡分辨率網(wǎng)格和沸騰池加熱絲直徑估算氣泡直徑。如圖5所示，沸騰池加熱絲上五種掃蕩現(xiàn)象包括：運(yùn)動(dòng)氣泡在兩個(gè)靜止氣泡間往復(fù)掃蕩、兩個(gè)氣泡相向運(yùn)動(dòng)、兩個(gè)氣泡同向運(yùn)動(dòng)及一個(gè)氣泡運(yùn)動(dòng)并與第二個(gè)靜止氣泡相撞后一起運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，以及氣泡傾斜運(yùn)動(dòng)的情況。

如圖6中所示，氣泡頂部射流現(xiàn)象包括：向底部單射流、向頂部單射流、向頂部多射流現(xiàn)象；在利用掃描電鏡進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，如圖7所示，根據(jù)掃描電鏡分辨率網(wǎng)格和沸騰池加熱絲直徑估算氣泡直徑。

本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)置有加熱絲角度可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，方便調(diào)節(jié)沸騰池加熱絲的位置，配合設(shè)置的高速攝像機(jī)，可拍攝沸騰池加熱絲上氣泡掃蕩、合并、脫離現(xiàn)象；并能夠通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)沸騰加熱絲的位置，改變其傾斜角度，則既可以不同角度調(diào)節(jié)沸騰加熱絲位置，觀測(cè)重力對(duì)氣泡生成的影響，又能夠調(diào)節(jié)沸騰加熱絲高度，從而為研究沸騰換熱問(wèn)題提供了理論研究基礎(chǔ)。

以上示意性的對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。