一种印刷电路板换热器通道流场可视化装置 |
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| 申请号 | CN201710449073.2 | 申请日 | 2017-06-14 | 公开(公告)号 | CN107389297A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 西安热工研究院有限公司; | 发明人 | 吴帅帅; 李红智; 杨玉; 张一帆; 张磊; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种印刷 电路 板换热器通道流场 可视化 装置，包括 水 箱、示踪粒子 注射器 、前集水管、PCHE可视化通道模 块 、后集水管、 光源 、CCD摄像机、计算机以及用于检测PCHE可视化通道模块中通道前后水的压降阻 力 信息的压差测量系统，该装置能够实现印刷 电路板 换热器 流体 通道内流场信息的可视化。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种印刷电路板换热器通道流场可视化装置，其特征在于，包括水箱(4)、示踪粒子注射器(8)、前集水管(2)、PCHE可视化通道模块(1)、后集水管(3)、光源(10)、CCD摄像机(9)、计算机(12)以及用于检测PCHE可视化通道模块(1)中通道前后水的压降阻力信息的压差测量系统(11)； |
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| 说明书全文 | 一种印刷电路板换热器通道流场可视化装置技术领域背景技术[0002] 换热器广泛应用于燃煤电站、核反应堆、电子技术、航空航天和汽车等领域，对于存在高温、高压和较大换热面积需求的换热系统，常规的管壳式换热器换热效率低、需要占用过大的空间而不能满足设计要求。1985年，由英国Heatric公司提出了一种传热性能优良、高效率的紧凑式换热器设计方案——印刷电路板式换热器(PCHE)。该换热器能够满足换热过程中高温、高压、泄露少、传热效率优良、传热面积密度高等要求，且制造工艺上利用光化学蚀刻和扩散焊技术，能够形成各种形状的通道结构。 [0003] 传统的PCHE流体通道为连续的半圆截面直通道或Z字型通道。数值计算结果表明，相对于直通道，采用Z字型通道结构的PCHE在低雷诺数时并无太大优势，在转捩雷诺数下其优势最大，若雷诺数继续增大，在波纹通道拐角处反向涡的周期性脱落使Nu数增加的同时也增加了压降。转捩雷诺数主要取决于通道结构，转捩区域的混沌对流能有效的强化换热。还有学者利用数值模拟的方法，提出了正弦曲线S型通道和流线机翼型通道等结构方案，主要针对换热效率和压降的优化，在保证换热效率的情况下，通过减少弯头处的漩涡和回流来实现压降减少。 [0004] 可见，改进PCHE通道结构、在提高换热效率基础上减少压降是目前PCHE强化换热的研究重点。对于不同的PCHE通道结构，通道内流场的状态是影响传热效果和压降的重要因素，对提高换热器的整体性能具有重要的意义。然而，目前对通道结构的改进方案基本都是基于数值模拟的结果，采用通道可视化装置对流场形态进行实际观测的研究很少见，因此不能实现对PCHE通道结构的通道内流场信息的可视化。 发明内容[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种印刷电路板换热器通道流场可视化装置，该装置能够实现印刷电路板换热器通道内流场信息的可视化。 [0006] 为达到上述目的，本发明所述的印刷电路板换热器通道流场可视化装置包括水箱、示踪粒子注射器、前集水管、PCHE可视化通道模块、后集水管、光源、CCD摄像机、计算机以及用于检测PCHE可视化通道模块中通道前后水的压降阻力信息的压差测量系统； [0007] 示踪粒子注射器的出口与前集水管的示踪粒子入口相连通，水箱的出水口与前集水管的入水口相连通，前集水管的出水口与PCHE可视化通道模块内通道的入口相连通，PCHE可视化通道模块内通道的出口经后集水管与水箱的入口相连通，光源正对PCHE可视化通道模块的侧面，CCD摄像机正对PCHE可视化通道模块的侧面，CCD摄像机的输出端及压差测量系统的输出端与计算机的输入端相连接。 [0008] 后集水管的出口经第一流量控制阀与水箱的入口相连通； [0012] 所述PCHE可视化通道模块通过高纯度透明有机玻璃制备而成。 [0013] 前集水管及后集水管均通过螺栓固定于PCHE可视化通道模块上。 [0015] PCHE可视化通道模块内的通道为正弦函数波纹通道或S型通道。 [0017] 所述光源为激光片光源。 [0018] 本发明具有以下有益效果： [0019] 本发明所述的印刷电路板换热器通道流场可视化装置在具体操作时，水箱内的水与示踪粒子注射器输出的示踪粒子在前集水管中混合后进入到PCHE可视化通道模块中，从而更好的显示流场的细节，提高流场测量的精度，同时通过光源照射PCHE可视化通道模块内的通道，再通过CCD摄像机采集PCHE可视化通道模块中水的流场形态图像，并将所述流场形态图像转发至计算机中，同时压差测量系统检测PCHE可视化通道模块中通道前后水的压降阻力信息，并将所述水的压降阻力信息转发至计算机中，用户即可通过流场形态图像和水的压降阻力信息了解到通道内流场的情况。 [0020] 进一步，示踪粒子注射器内的示踪粒子为表面镀银的聚苯乙烯微球，其表面反射率高，密度与水接近，水跟随性能良好，测试成本低； [0022] 图1为本发明的结构示意图； [0023] 图2为本发明中PCHE可视化通道模块1的结构示意图。 [0024] 其中，1为PCHE可视化通道模块、2为前集水管、3为后集水管、4为水箱、5为离心泵、61为第一流量控制阀、62为第二流量控制阀、63为第三流量控制阀、7为转子流量计、8为示踪粒子注射器、9为CCD摄像机、10为光源、11为压差测量系统、12为计算机、13为密封垫片。 具体实施方式[0025] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述： [0026] 参考图1及图2，本发明所述的印刷电路板换热器通道流场可视化装置包括水箱4、示踪粒子注射器8、前集水管2、PCHE可视化通道模块1、后集水管3、光源10、CCD摄像机9、计算机12以及用于检测PCHE可视化通道模块1中通道前后水的压降阻力信息的压差测量系统11； [0027] 示踪粒子注射器8的出口与前集水管2的示踪粒子入口相连通，水箱4的出水口与前集水管2的入水口相连通，前集水管2的出水口与PCHE可视化通道模块1内通道的入口相连通，PCHE可视化通道模块1内通道的出口经后集水管3与水箱4的入口相连通，光源10正对PCHE可视化通道模块1的侧面，CCD摄像机9正对PCHE可视化通道模块1的侧面，CCD摄像机9的输出端及压差测量系统11的输出端与计算机12的输入端相连接。 [0028] 需要说明的是，后集水管3的出口经第一流量控制阀61与水箱4的入口相连通；水箱4的出水口依次经第二流量控制阀62及第三流量控制阀63与前集水管2的入口相连通。所述第二流量控制阀62与第三流量控制阀63之间设有离心泵5；第三流量控制阀63与前集水管2之间设有转子流量计7。 [0029] 所述PCHE可视化通道模块1通过高纯度透明有机玻璃制备而成；前集水管2及后集水管3均通过螺栓固定于PCHE可视化通道模块1上；PCHE可视化通道模块1与前集水管2之间、以及PCHE可视化通道模块1与后集水管3之间均设有密封垫片13；PCHE可视化通道模块1内的通道为正弦函数波纹通道或S型通道；示踪粒子注射器8内的示踪粒子为表面镀银的聚苯乙烯微球；光源10为激光片光源。 [0030] PCHE可视化通道模块1中的通道为正弦函数波纹通道或S型通道，CCD摄像机9正对的PCHE可视化通道模块1的位置与前集水管2之间的通道上波纹周期的数目大于等于6-10。 [0031] 示踪粒子注射器8内的示踪粒子为表面镀银的聚苯乙烯微球，其表面反射率大于80％，且测量流体速度为1m/s以上的流场时，示踪粒子沉降对成像几乎没有影响。 [0032] 本发明还包括坐标架及水平支架，PCHE可视化通道模块1固定于水平支架上，水平支架、CCD摄像机9及光源10固定于坐标架上。 [0033] 示踪粒子注射器8布置于前集水管2的入口处，保证示踪粒子在水中充分扩散，并于试验正式开始前对示踪粒子的释放量进行标定，以保证示踪粒子成像数目足够，从而能更好显示流场形态的细节，提高流场测量精度；同时示踪粒子数目不能太多，否则将引起图像重叠及雾化，对测量产生不利影响。 [0034] 水箱4内的水与示踪粒子注射器8输出的示踪粒子在前集水管2中混合后进入到PCHE可视化通道模块1的通道内，光源10发出的光照射到PCHE可视化通道模块1的侧面，其中，光源10与PCHE可视化通道模块1的侧面平行，调节CCD摄像机9的位置，使CCD摄像机9与PCHE可视化通道模块1达到最佳拍摄距离，调节CCD摄像机9的焦距，通过CCD摄像机9采集PCHE可视化通道模块1中通道内流场形态图像，并将所述流场形态图像转发至计算机12中，计算机12接收、分析及处理所述流场形态图像；同时压差测量系统11检测PCHE可视化通道模块1中通道前后水的压降阻力信息，并将所述压降阻力信息转发至计算机12中，用户即可通过计算机12查看所述流场形态图像及压降阻力信息，从而获知PCHE可视化通道模块1通道内流场的情况。 [0035] 本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 |
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