本發(fā)明涉及一種噴霧撞壁實(shí)驗(yàn)裝置，特別是關(guān)于一種適用于海洋溫差能發(fā)電降膜蒸發(fā)器的噴霧撞壁實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

目前，海洋溫差能儲(chǔ)量巨大，且具有清潔可再生和全天候運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，海洋溫差能資源開(kāi)發(fā)利用是保障島礁供電的一個(gè)重要選項(xiàng)。由于冷、熱海水溫差有限，能量品味低，為保證蒸發(fā)器熱負(fù)荷足夠蒸發(fā)循環(huán)工質(zhì)，需使用大量表層溫海水，造成蒸發(fā)器尺寸大，工程成本高。因此，高效蒸發(fā)器的開(kāi)發(fā)十分重要。

國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)液滴碰撞壁面的可視化實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)現(xiàn)形式是，采用針頭形成液滴，將針頭懸掛在一定高度，液滴自由落體垂直碰撞水平壁面，并采用高速攝像儀記錄液滴撞壁前后的整個(gè)過(guò)程。上述方法針對(duì)單液滴進(jìn)行研究，沒(méi)有考慮噴霧撞壁液滴間相互作用的影響，且由于懸掛高度有限，使得液滴的撞壁速度較小。同時(shí)，該方法不能直接測(cè)試液滴的撞壁速度，其撞壁速度是由自由落體定律計(jì)算得到，受圖像分析方法的局限性影響，計(jì)算所得撞壁速度與實(shí)際撞壁速度存在一定誤差，且現(xiàn)有裝置多針對(duì)液滴碰撞平面進(jìn)行研究，不能研究液滴碰撞管束表面以及撞擊角度的影響。此外，對(duì)于現(xiàn)有噴霧實(shí)驗(yàn)裝置往往只能實(shí)現(xiàn)自由噴霧的研究，對(duì)于噴霧液滴群撞壁過(guò)程無(wú)法觀測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種適用于海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)降膜蒸發(fā)器的噴霧撞壁實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置能實(shí)現(xiàn)噴霧液滴群碰撞管束表面過(guò)程的可視化觀測(cè)，仿真度高、實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種適用于海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)降膜蒸發(fā)器的噴霧撞壁實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：它包括噴霧液滴群生成系統(tǒng)、壁面加熱系統(tǒng)、壁面控制系統(tǒng)和流動(dòng)傳熱測(cè)試系統(tǒng)；所述噴霧液滴群生成系統(tǒng)將生成的噴霧液滴噴淋至所述壁面加熱系統(tǒng)，所述壁面加熱系統(tǒng)與所述壁面控制系統(tǒng)連接，所述流動(dòng)傳熱測(cè)試系統(tǒng)用于采集所述壁面加熱系統(tǒng)的流動(dòng)參數(shù)和傳熱參數(shù)。

進(jìn)一步，所述噴霧液滴群生成系統(tǒng)包括儲(chǔ)罐、管路、工質(zhì)泵和噴嘴；所述儲(chǔ)罐的輸出端通過(guò)所述管路與所述工質(zhì)泵入口連接，所述工質(zhì)泵的出口經(jīng)所述管路與所述噴嘴連接；所述噴嘴位于所述壁面加熱系統(tǒng)上方。

進(jìn)一步，在所述儲(chǔ)罐與所述工質(zhì)泵之間的所述管路上設(shè)置有閥門(mén)和壓力表。

進(jìn)一步，所述噴嘴采用壓力霧化噴嘴。

進(jìn)一步，所述壁面加熱系統(tǒng)包括加熱裝置、加熱棒和熱電偶；所述加熱裝置采用t型結(jié)構(gòu)，其由加熱柱和管束焊接而成，所述管束與所述壁面控制系統(tǒng)連接；位于所述加熱柱一側(cè)設(shè)置有所述加熱棒，位于所述管束一側(cè)設(shè)置有所述熱電偶；所述噴嘴位于所述管束上方，且所述熱電偶在所述管束上的設(shè)置位置位于所述噴嘴的噴射范圍內(nèi)。

進(jìn)一步，所述加熱柱上間隔設(shè)置有若干盲孔，所述加熱棒通過(guò)盲孔安裝在所述加熱柱上，所述管束上間隔設(shè)置有若干插孔，所述熱電偶通過(guò)插孔由下向上插設(shè)至所述管束表面。

進(jìn)一步，所述壁面控制系統(tǒng)包括底座、支座、滑動(dòng)支架和曲軸；所述底座一端設(shè)置有所述支座，所述底座另一端設(shè)置有所述曲軸；靠近所述曲軸一側(cè)的所述底座上還設(shè)置有所述滑動(dòng)支架；所述管束一端放置在所述支座上，所述管束另一端連接在所述滑動(dòng)支架上；所述滑動(dòng)支架與所述曲軸連接。

進(jìn)一步，所述滑動(dòng)支架包括滑動(dòng)板和固定座；所述固定座固定在所述底座上，且所述固定座上設(shè)置有安裝孔，所述滑動(dòng)板一側(cè)與所述管束連接，且所述滑動(dòng)板與所述管束連接處下部通過(guò)所述安裝孔與所述固定座活動(dòng)連接；所述滑動(dòng)板另一側(cè)中部與所述曲軸連接。

進(jìn)一步，所述滑動(dòng)板采用片狀鋼板制成，插設(shè)在所述安裝孔內(nèi)的所述滑動(dòng)板上設(shè)置有刻度。

進(jìn)一步，所述流動(dòng)傳熱測(cè)試系統(tǒng)包括粒子成像測(cè)速儀、高速攝像儀和計(jì)算機(jī)；所述粒子成像測(cè)速儀將測(cè)量到的霧化液滴撞壁速度和霧化粒徑傳輸至所述計(jì)算機(jī)；所述高速攝像儀將拍攝到的狀態(tài)圖像信息傳輸至所述計(jì)算機(jī)。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明采用高速顯微攝像儀觀測(cè)噴霧液滴與管束表面接觸后的鋪展、飛濺和回彈等現(xiàn)象，可實(shí)現(xiàn)噴霧液滴群碰撞管束表面過(guò)程的可視化觀測(cè)。2、本發(fā)明采用粒子成像測(cè)速儀進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)調(diào)整粒子成像測(cè)速儀的高度，可實(shí)現(xiàn)不同碰撞速度和不同霧化粒徑下噴霧液滴群碰撞管束表面流動(dòng)傳熱特性的測(cè)量。3、本發(fā)明通過(guò)調(diào)整曲軸可改變滑動(dòng)支架的高度，可實(shí)現(xiàn)噴霧液滴群以不同撞擊角度沖擊管束表面流動(dòng)傳熱特性的測(cè)量。4、本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)加熱棒功率可獲得不同管束表面溫度，可實(shí)現(xiàn)噴霧液滴群碰撞不同溫度管束表面流動(dòng)傳熱特性的測(cè)量。5、本發(fā)明采用降膜蒸發(fā)器可使得工質(zhì)沿加熱管束表面呈膜狀流動(dòng)狀態(tài)，與傳統(tǒng)滿液式蒸發(fā)器相比，傳熱系數(shù)較高，蒸發(fā)效果好。6、本發(fā)明的噴淋式降膜蒸發(fā)器采用噴嘴將工質(zhì)霧化，使得工質(zhì)沿加熱管束均勻布膜，整機(jī)性能高。綜上所述，本發(fā)明通過(guò)掌握不同碰撞速度和霧化粒徑下噴霧碰撞加熱管束表面的流動(dòng)和傳熱特性規(guī)律，可實(shí)現(xiàn)對(duì)降膜蒸發(fā)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，該裝置為深入研究噴霧撞壁機(jī)理提供了基礎(chǔ)，為高效噴淋式降膜蒸發(fā)器的研發(fā)提供了實(shí)驗(yàn)支持，可以廣泛在海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的壁面加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種適用于海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)降膜蒸發(fā)器的噴霧撞壁實(shí)驗(yàn)裝置，其包括噴霧液滴群生成系統(tǒng)、壁面加熱系統(tǒng)、壁面控制系統(tǒng)和流動(dòng)傳熱測(cè)試系統(tǒng)。噴霧液滴群生成系統(tǒng)將生成的噴霧液滴噴淋至壁面加熱系統(tǒng)，壁面加熱系統(tǒng)與壁面控制系統(tǒng)連接，由壁面控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)壁面加熱系統(tǒng)的角度，流動(dòng)傳熱測(cè)試系統(tǒng)用于采集壁面加熱系統(tǒng)的流動(dòng)參數(shù)和傳熱參數(shù)。

在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施例中，噴霧液滴群生成系統(tǒng)包括儲(chǔ)罐1、管路2、工質(zhì)泵3和噴嘴4。儲(chǔ)罐1的輸出端通過(guò)管路2與工質(zhì)泵3入口連接，工質(zhì)泵3的出口經(jīng)管路2與噴嘴4連接；噴嘴4位于壁面加熱系統(tǒng)上方。使用時(shí)，儲(chǔ)罐1內(nèi)液體經(jīng)工質(zhì)泵3輸送到噴嘴4，霧化形成液滴群。其中，霧化液滴的撞壁速度和霧化粒徑可通過(guò)改變工質(zhì)泵3的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

上述實(shí)施例中，在儲(chǔ)罐1與工質(zhì)泵3之間的管路2上設(shè)置有閥門(mén)5和壓力表6。

上述各實(shí)施例中，噴嘴4采用壓力霧化噴嘴。

在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施例中，如圖2所示，壁面加熱系統(tǒng)包括加熱裝置7、加熱棒8和熱電偶9；加熱裝置7采用t型結(jié)構(gòu)，其由加熱柱10和管束11焊接而成，管束11與壁面控制系統(tǒng)連接。位于加熱柱10一側(cè)設(shè)置有加熱棒8，位于管束11一側(cè)設(shè)置有熱電偶9。噴嘴4位于管束11上方，且熱電偶9在管束11上的設(shè)置位置位于噴嘴4的噴射范圍內(nèi)。在實(shí)驗(yàn)中，為模擬海洋溫差熱源條件，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱棒8的功率可獲得不同管束11的表面溫度，將管束11表面溫度控制在25～35℃。

上述實(shí)施例中，加熱柱10上間隔設(shè)置有若干盲孔，加熱棒8通過(guò)盲孔安裝在加熱柱10上。管束11上間隔設(shè)置有若干插孔，熱電偶9通過(guò)插孔由下向上插設(shè)至管束11表面，可實(shí)時(shí)測(cè)量在撞壁過(guò)程中管束11表面的溫度分布。在本實(shí)施例中，盲孔優(yōu)選為4個(gè)，插孔優(yōu)選為5個(gè)。

上述各實(shí)施例中，加熱柱10和管束11采用相同材料制成，例如采用鈦合金材料。

在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施例中，壁面控制系統(tǒng)包括底座12、支座13、滑動(dòng)支架14和曲軸15。底座12一端設(shè)置有支座13，底座12另一端設(shè)置有曲軸15；靠近曲軸15一側(cè)的底座12上還設(shè)置有滑動(dòng)支架14。管束11一端放置在支座13上，管束11另一端連接在滑動(dòng)支架14上；滑動(dòng)支架14與曲軸15連接，由曲軸15帶動(dòng)滑動(dòng)支架14進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

上述實(shí)施例中，滑動(dòng)支架14包括滑動(dòng)板16和固定座17。固定座17固定在底座12上，且固定座17上設(shè)置有安裝孔，滑動(dòng)板16一側(cè)與管束11連接，且滑動(dòng)板16與管束11連接處下部通過(guò)安裝孔與固定座17活動(dòng)連接?；瑒?dòng)板16另一側(cè)中部與曲軸15連接，由曲軸15帶動(dòng)滑動(dòng)板16進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，改變滑動(dòng)板16的高度，進(jìn)而改變管束11靠近滑動(dòng)板16一端的高度，可獲得霧化液滴對(duì)管束11的不同撞擊角，根據(jù)余弦定理可計(jì)算得到撞擊角大小。其中，滑動(dòng)板16采用片狀鋼板制成。

上述各實(shí)施例中，插設(shè)在安裝孔內(nèi)的滑動(dòng)板16上設(shè)置有刻度，刻度零點(diǎn)位于滑動(dòng)板16與管束11的連接處。

在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施例中，流動(dòng)傳熱測(cè)試系統(tǒng)包括粒子成像測(cè)速儀18、高速攝像儀19和計(jì)算機(jī)20。粒子成像測(cè)速儀18和高速攝像儀19均設(shè)置在噴嘴4與管束11之間區(qū)域的一側(cè)，粒子成像測(cè)速儀18將測(cè)量到的霧化液滴撞壁速度和霧化粒徑傳輸至計(jì)算機(jī)20；高速攝像儀19將拍攝到的狀態(tài)圖像信息傳輸至計(jì)算機(jī)20。實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)調(diào)整粒子成像測(cè)速儀18的高度，可測(cè)量霧化液滴撞壁速度和霧化粒徑；通過(guò)調(diào)節(jié)高速攝像儀19的拍攝幀數(shù)和像素可改變拍攝區(qū)域大小和拍攝頻率。

上述實(shí)施例中，高速攝像儀19的拍攝區(qū)域?yàn)殪F化液滴與管束11表面的碰撞區(qū)域。高速攝像儀19拍攝到的狀態(tài)圖像信息為霧化液滴與管束11表面接觸后的鋪展、飛濺和回彈等現(xiàn)象。

上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及形狀都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。