CN116242586B

CN116242586B - 一种窄矩形通道的两相流实验测量系统及测量方法

Info

Publication number: CN116242586B
Application number: CN202310265852.2A
Authority: CN
Inventors: 潘良明; 徐文彬; 张卢腾; 孙皖; 马在勇; 朱隆祥; 连强; 唐思邈
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2023-03-17
Filing date: 2023-03-17
Publication date: 2026-03-27
Anticipated expiration: 2043-03-17
Also published as: CN116242586A

Abstract

本发明公开了一种窄矩形通道的两相流实验测量系统及其测量方法，包括有实验装置，实验装置包括不锈钢薄片、不锈钢凸台基座、G10玻璃纤维外壳、石英玻璃和不锈钢压板；外壳上设置有镂空槽和两处容水腔，镂空槽与容水腔通过连接槽连接，两处容水腔还分别设置有进水口和出水口；不锈钢薄片、不锈钢凸台基座安装在镂空槽内；镂空槽、连接槽和石英玻璃形成窄矩形通道；石英玻璃通过不锈钢压板固定在窄矩形通道上；不锈钢薄片和不锈钢凸台基座上设置有若干测温孔。本发明通过带有不同表面特性的不锈钢薄片分别去进行在微通道中的流动沸腾换热特性实验，对比不同表面的流动沸腾换热压降数据，得出表面改性在微通道中对流动沸腾换热压降的具体影响。

Description

一种窄矩形通道的两相流实验测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及两相流测量技术领域，特别涉及一种窄矩形通道的两相流实验测量系统及测量方法。

背景技术

随着微电子技术蓬勃发展，电子器件尺寸越来越小，集成度却越来越高，高性能和微型化共同导致了现在的电子器件功率越来越高，具有高表面积/体积比的微通道由于高效的沸腾换热能力，极大地提高了电子器件的散热能力。目前针对微通道强化换热的三个主要方式分别为：微通道结构改变、换热表面改性和流动工质改变；强化换热主要目的是：降低沸腾起始点、提高换热系数、提高临界热流密度、降低压降损失等。针对在微通道中换热表面改性这个点的研究层出不穷，总的来讲表面改性改表了表面的粗糙度、润湿性、孔隙率等，从而影响到微通道中气泡的产生、脱离、聚合、排出，导致出现不同的气泡动力学现象，最终影响微通道中的换热压降特性，但是不同学者所得结论大相径庭，从机理上讲，微通道中表面改性带来的影响并不清楚。因此，为了探究窄矩形通道内不同表面流动沸腾换热压降特性，有必要提出一种窄矩形通道的两相流实验测量系统及测量方法。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种用于探究窄矩形通道内不同表面流动沸腾换热压降特性的两相流实验测量系统及测量方法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种窄矩形通道的两相流实验测量系统，包括有去离子水蓄水罐，去离子水蓄水罐连接有除气式蓄水罐，除气式蓄水罐内部设置有蓄水罐加热棒，去离子水蓄水罐和除气式蓄水罐之间设置有蠕动泵，除气式蓄水罐的出水侧连接有过滤支路和过滤对比支路，过滤支路和过滤对比支路还连接有齿轮泵，过滤支路上设置有过滤器和过滤器开关阀，过滤对比支路上设置有不过滤开关阀；齿轮泵连接有调节回路和质量流量计，调节回路与除气式蓄水罐连接，调节回路上还设置有调节开关阀，调节开关阀与齿轮泵电性连接；质量流量计连接有恒温预热锅，恒温预热锅连接有实验装置，实验装置的出水端连接有除气式蓄水罐；实验装置上设置有若干温度测点，温度测点安装有温度传感器，实验装置内还设置有窄矩形通道和电镀层加热面。

进一步地，还包括有高速摄影机、光源、数据采集端和直流式直流电源加热器，高速摄影机、光源安装在实验装置上方，直流式直流电源加热器安装在实验装置底部，数据采集端与若干温度传感器连接。

进一步地，实验装置与除气式蓄水罐之间、除气式蓄水罐与过滤支路之间、恒温预热锅与实验装置之间均设置有单向阀和开关阀；过滤支路与齿轮泵之间、质量流量计与恒温预热锅之间和调节回路上也设置有单向阀。

进一步地，恒温预热锅的出水端设置有预热锅热电偶。

进一步地，实验装置包括有不锈钢薄片、不锈钢凸台基座、G10玻璃纤维外壳、石英玻璃和不锈钢压板；不锈钢薄片上电镀不同表面特性的电镀层；G10玻璃纤维外壳设置有安装不锈钢薄片的镂空槽和两处容水腔，镂空槽与容水腔通过连接槽连接，两处容水腔还分别设置有进水口和出水口；不锈钢薄片固定在不锈钢凸台基座上，不锈钢薄片、不锈钢凸台基座安装在镂空槽内；镂空槽、连接槽和石英玻璃形成窄矩形通道；石英玻璃通过不锈钢压板固定在窄矩形通道上；不锈钢薄片侧边设置有若干上温度测点孔，不锈钢凸台基座上设置有若干下温度测点孔；外壳上设置有与上温度测点孔、下温度测点孔连通的测温对应孔，温度传感器安装在上温度测点孔、下温度测点孔内。

进一步地，两处容水腔上均设置有热电偶安装孔，两处热电偶安装孔内均安装有容水腔热电偶；两处容水腔还分别设置有压力表安装孔和压力变送器安装孔，压力表安装孔安装有压力传感器，压力变送器安装孔安装有压力变送器。

进一步地，不锈钢凸台基座包括有基座和凸台，若干下温度测点孔设置在凸台上，基座和凸台上设置有两处连通的螺柱安装通孔；不锈钢薄片底部设置有两处薄片螺柱和两处螺柱螺帽，不锈钢薄片和不锈钢凸台基座通过薄片螺柱、螺柱螺帽连接。

进一步地，外壳和不锈钢压板上对应设置有若干安装通孔，外壳和不锈钢压板通过若干螺栓件连接。

进一步地，不锈钢薄片侧边设置有三处上温度测点孔，不锈钢凸台基座上设置有六处下温度测点孔，六处下温度测点孔分成两排三列，并与三处上温度测点孔对齐。

一种窄矩形通道的两相流实验测量系统的测量方法：

S1：将实验装置组装好，将测量系统安装好，并将实验装置接入测量系统的实验回路中，并调节测量系统；具体包括：

S11：打开蠕动泵将去离子水蓄水罐中的高纯度去离子水泵入到除气式蓄水罐中，除气式蓄水罐加入高纯度去离子水后，控制蠕动泵反向运转对除气式蓄水罐进行排气；

S12：利用除气式蓄水罐中的蓄水罐加热棒，将纯度去离子水加热沸腾持续30分钟，排除高纯度去离子水中的不凝性气体；然后关闭蠕动泵和停止蓄水罐加热棒加热，使高纯度去离子水自然冷却；

S13：试验开始前，通过控制测量系统中的开关阀启闭，使高纯度去离子水循环流动至整个测量系统回路中；关闭不过滤开关阀和调节开关阀，打开测量系统回路中的其余开关阀，完成测量系统调节；

S2：调节测量系统后，使其正常运行，在实验装置不漏水后，开始窄矩形通道内的两相流实验；

S3：设定质量流量计的质量流量阀值Q_F、实验装置的进口温度T_in；通过质量流量计设定高纯度去离子水的质量流量阀值Q_F，通过恒温预热锅设定好实验装置的进口温度T_in；

S4：打开直筒式直流电源加热器，利用直筒式直流电源加热器加热实验装置底部，通过热传递，最终将热量传导至实验装置内的电镀好的加热面，通过电镀好的加热面加热窄矩形通道内的高纯度去离子水；

S5：每隔3分钟调节一次直筒式直流电源加热器的加热功率，并采集一次数据，直到实验装置中的高纯度去离子水沸腾产生的气泡逆流占据整个流道为止；并利用高速摄影机透过石英玻璃拍摄记录窄矩形通道内高纯度去离子水的流动情况；利用数据采集端配合signal express软件采集实验装置上的若干温度和压力数据；并利用Bronkhorst软件采集质量流量Q_F，从而采集得到电镀层加热面特性数据；

S6：更换实验装置上不同的电镀层加热面，重复步骤S2-S5进行实验，得到不同电镀层加热面的表面特性数据。

本发明的有益效果为：

本发明通过电镀加阳极氧化的方式在不锈钢薄片表面镀铬，通过电镀时间不同，在不锈钢薄片表面形成不同表面特性的铬镀层，用带有不同表面特性的铬镀层分别去进行在微通道中的流动沸腾换热特性实验，对比不同表面的流动沸腾换热压降数据，得出表面改性在微通道中对流动沸腾换热压降的具体影响。

本发明中的不锈钢薄片便于制作，成本造价低，可反复更换新表面，对于在微通道中换热表面特性对流动沸腾换热的影响探究，由于可操控表面的数量增多，最终能比较的不同表面特性的实验数据更多，对实验结果分析比较后，能更加准确得到在微通道中表面改性对流动沸腾换热机理性影响的机制。

本发明通过制备相同尺寸的不锈钢薄片数枚，只需要分别进行不同程度的电镀加阳极氧化过程，便可得到数枚具有不同表面特性的铬镀层加热面，利用整个测量系统配合实验装置进行实验时，只需要更换不同的铬镀层加热面即可，使得整个窄矩形通道内不同表面流动沸腾换热压降特性的两相流实验变得更加简单。

本发明的两相流实验测量系统及测量方法可以用于在窄矩形通道里探究不同表面流动沸腾换热压降特性；结合实验现象和表面特性数据从而分析得到表面改性在窄矩形通道里对流动沸腾换热压降的具体影响。

附图说明

图1为本发明测量系统的结构示意图；

图2为本发明实验装置的整体外形结构示意图；

图3为本发明实验装置的右视图；

图4为本发明测量系统的结构示意图；

图5为不锈钢薄片的外形结构示意图；

图6为不锈钢凸台基座的外形结构示意图；

图7为本发明实验装置的部分外形结构示意图；

图8为外壳的外形结构示意图；

图9为对应于中心9个测温点的热流冷流正剖示意图；

图10为镀铬不锈钢薄片、不锈钢凸台基座、进出口水温的原始数据图；

图11为9个测温点以及进出口水温随平均有效热流的变化图；

图12为不锈钢薄片上三个测温点与平均有效热流的过冷沸腾曲线图；

图13为左中右三个位置的局部换热系数随局部热流的变化图；

图14为平均换热系数随平均有效热流的变化图；

图15为发生逆流周期性波动时压差平滑信号在30s内的波动图；

图16为周期性波动的压差平滑信号经FFT信号处理后得到的频谱图；

图17为发生逆流周期性波动时质量流量在60s内的波动图；

图18为周期性波动的质量流量数据经FFT信号处理后得到的频谱图

图中主要部件符号说明如下：

1、不锈钢薄片；11、薄片螺柱；12、螺柱螺帽；13、上温度测点孔；

2、不锈钢凸台基座；21、基底；22、凸台；23、下温度测点孔；24、螺柱安装通孔；

3、外壳；31、安装通孔；32、进水口；33、出水口；34、热电偶安装孔；35、压力表安装孔；36、压力变送器安装孔；37、测温对应孔；38、镂空槽；39、连接槽；30、容水腔；

4、石英玻璃；5、不锈钢压板；6、连接螺栓；7、连接螺帽；

81、高速摄影机；82、光源；83、实验装置；84、恒温预热锅；85、质量流量计；86、去离子水蓄水罐；87、齿轮泵；88、过滤器；89、除气式蓄水罐；810、蠕动泵；811、直流式直流电源加热器；812、数据采集端；813、直筒式直流电源加热器；814、蓄水罐加热棒。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，窄矩形通道的两相流实验测量系统包括有去离子水蓄水罐86，去离子水蓄水罐86连接有除气式蓄水罐89，除气式蓄水罐89内部设置有蓄水罐加热棒814，去离子水蓄水罐86和除气式蓄水罐89之间设置有蠕动泵810，除气式蓄水罐89的出水侧连接有过滤支路和过滤对比支路，过滤支路和过滤对比支路还连接有齿轮泵87，过滤支路上设置有过滤器88和过滤器开关阀，过滤对比支路上设置有不过滤开关阀。齿轮泵87连接有调节回路和质量流量计85，调节回路与除气式蓄水罐89连接，调节回路上还设置有调节开关阀，调节开关阀与齿轮泵87电性连接。质量流量计85连接有恒温预热锅84，恒温预热锅84连接有实验装置83，实验装置83出水端连接有除气式蓄水罐89；实验装置83上设置有若干温度测点，温度测点安装有温度传感器，实验装置83内还设置有窄矩形通道和铬镀层加热面。

测量系统还包括有高速摄影机81、光源82、数据采集端812和直流式直流电源加热器811，高速摄影机81、光源82安装在实验装置83上方，直流式直流电源加热器811与安装在实验装置83底部，数据采集端812与实验装置83上的热电偶连接。

实验装置83与除气式蓄水罐89之间、除气式蓄水罐89与过滤支路之间、恒温预热锅84与实验装置83之间均设置有单向阀和开关阀；过滤支路与齿轮泵87之间、质量流量计85与恒温预热锅84之间和调节回路上也设置有单向阀。恒温预热锅84的出水端设置有预热锅热电偶，用于测量进入实验装置83前的高纯度去离子水的水温。

如图2、3和4所示，窄矩形通道的两相流动实验装置包括有不锈钢薄片1、不锈钢凸台基座2、外壳3、石英玻璃4和不锈钢压板5，不锈钢薄片1贴合固定安装不锈钢凸台基座2上，石英玻璃4固定在外壳3顶部，通过不锈钢压板5、连接螺栓6、连接螺帽7固定在外壳3上。其中不锈钢薄片1上设置有铬镀层，不同不锈钢薄片1上设置不同的铬镀层，从而探究不同表面流动沸腾换热压降特性。外壳3设置有安装不锈钢薄片1的镂空槽38和两处容水腔30，镂空槽38与容水腔30通过连接槽39连接，两处容水腔30还分别设置有进水口32和出水口11。不锈钢薄片1固定在不锈钢凸台基座2上，不锈钢薄片1、不锈钢凸台基座2安装在镂空槽38内；石英玻璃4通过不锈钢压板5固定在窄矩形通道上。如图3，镂空槽38、连接槽39和石英玻璃形成实验所需的窄矩形通道。窄矩形通道加热部分的长度为60mm，宽度为10mm，高度为1mm。

如图5所示，不锈钢薄片1包括有不锈钢薄片1底部设置有两处薄片螺柱11和两处螺柱螺帽12。不锈钢薄片1的长为60mm、宽为10mm、高为3mm，不锈钢薄片1侧面设置有3个直径为1mm的上温度测点孔13，孔深5mm，上温度测点孔13用于安装温度传感器，温度传感器优选为热电偶，3个上温度测点孔13处于相同高度，孔心离上表面1mm，所测温度可近似等于不锈钢薄片1对应竖直位置表面温度。三处上温度测点孔13的间距为10mm，左、右侧的上温度测点孔13分别距离不锈钢薄片两端各20mm。两处薄片螺柱11设置在不锈钢薄片1的底部，薄片螺柱11上安装有螺柱螺帽12，通过薄片螺柱11和螺柱螺帽12将不锈钢薄片1与不锈钢凸台基座2连接。

如图6所示，不锈钢凸台基底2包括有基座21和凸台22，若干下温度测点孔23设置在凸台22上，基座21和凸台22上设置有两处连通的螺柱安装通孔24；不锈钢凸台基底2用于导热以及换算局部热流。基底21长为60mm，宽30mm，高4mm，凸台高7mm，凸台22上表面与不锈钢薄片尺寸一样，凸台22侧面有6个1mm的下测温小孔23，孔深5mm，下温度测点孔23左右横向距离10mm，上下间距4mm，最上面一排下温度测点孔23孔心离凸台表面2mm；下温度测点孔23用于安装温度传感器，温度传感器优选为热电偶。凸台22上有2个直径为6mm的螺柱安装通孔24，用于与薄片螺柱11贯穿。用螺柱螺帽12在凸台22下面固紧，使不锈钢薄片1与不锈钢凸台基座2组成实验段本体，如图7所示。当需要进行不同表面的实验时，只需换不同表面特性的不锈钢薄片1即可，节约成本的同时，对实验段本体的损伤小。

如图8所示，外壳3的作用是保温并形成实验所需的窄矩形通道。外壳3的材料优选为G10玻璃纤维，外壳3的长为120mm，宽为60mm，高为15mm；外壳3的上表面有设置有8个竖向贯穿的安装通孔31，安装通孔31直径为6mm，用于配合连接螺栓6、连接螺帽7固紧石英玻璃4。左、右侧面上各设置有1个6mm的螺纹孔，一个为进水口32和出水口33。6mm的螺纹孔，前侧面设置有两处热电偶安装孔34，两处热电偶安装孔34均安装有容水腔热电偶，用于测量进出口水温。前侧面设置有压力表安装孔35和压力变送器安装孔36，压力表安装孔35安装有压力传感器，压力变送器安装孔26安装有压力变送器。压力表安装孔35用于测量进、出口压力，压力变送器安装孔36用于测量进、出口压差；热电偶安装孔34、压力表安装孔35和压力变送器安装孔36均为6mm的螺纹孔。外壳3的前侧面上有9个直径为1mm的测温对应孔37，用于安装热电偶，测温对应孔37的位置与实验段本体上的测温孔位置对应；9个直测温对应孔37呈3排3列，第一排测温对应孔37距离壳体上表面2mm，每排测温对应孔37之间的距离为4mm，最后一排测温对应孔37距离外壳3底面5mm。镂空槽38的长度为60mm，宽度为10mm，两处容水腔30呈立体状，长宽高均为10mm。其中整个实验所测数据分别是9个测温孔的温度和进水口32水温、出口33水温，进水口33压力和经过实验装置83后的压力差。

两相流实验测量系统的实验方法包括有如下步骤：

S1：将实验装置83组装好，将测量系统安装好，并将实验装置83接入测量系统的实验回路中，并调节测量系统；具体包括：

S11：打开蠕动泵810将去离子水蓄水罐86中的高纯度去离子水泵入到除气式蓄水罐89中，除气式蓄水罐89加入高纯度去离子水后，控制蠕动泵810反向运转对除气式蓄水罐89进行排气；

S12：利用除气式蓄水罐89中的蓄水罐加热棒814，将纯度去离子水加热沸腾持续30分钟，排除高纯度去离子水中的不凝性气体；然后关闭蠕动泵810和停止蓄水罐加热棒814加热，使高纯度去离子水自然冷却；

高纯度去离子水具体的流动过程，高纯度去离子水从除气式蓄水罐89流出后，先流经过滤器88排除空气，接着在齿轮泵87的作用下流向实验装置83，途中经过质量流量计85和恒温预热锅84；其中质量流量计85和齿轮泵87共同控制质量流量的大小，当流经质量流量计85的实际流量值Q_S大于系统设置的质量流量阀值Q_F时，质量流量计85将信号负反馈给齿轮泵87，齿轮泵87调节支路的调节开关阀打开，从而一部分的高纯度去离子水从调节支路回流到除气式蓄水罐89中，从而实现质量流量计85控制流入实验装置83中的高纯度去离子水的流量，高纯度去离子水从质量流量计85流出后流入恒温油浴锅84，恒温油浴锅84中的盘旋加热管道对流过的高纯度去离子水进行加热，在恒温油浴锅84出口管道设置油浴锅热电偶，用于测量出恒温油浴锅84的出口温度H_out，即实验装置83的进口温度T_in；

S2：调节测量系统正常运行，实验装置83不漏水后，开始窄矩形通道的内两相流实验；

S3：设定质量流量计85的质量流量阀值Q_F，设定实验装置83的进口温度T_in；通过质量流量计85设定高纯度去离子水的质量流量阀值Q_F，通过恒温预热锅84设定好实验装置83的进口温度T_in；

S4：打开直筒式直流电源加热器813，利用直筒式直流电源加热器813加热实验装置83底部，通过热传递，最终将热量传导至实验装置83内的铬镀层加热面，通过铬镀层加热面加热窄矩形通道内的高纯度去离子水；输送到实验装置83上窄矩形通道内的高纯度去离子水带走热量后，高纯度去离子水的温度持续上升，并发生相变产生蒸汽，汽水混合的高纯度去离子水流回到除气式蓄水罐815进行冷却；

S5：每隔3分钟调节一次直筒式直流电源加热器813的加热功率，并采集一次数据，直到实验装置83中的高纯度去离子水烧干；并利用高速摄影机81透过石英玻璃4拍摄记录窄矩形通道内高纯度去离子水的流动情况；利用数据采集端812配合signal express软件采集实验装置83上的若干温度和压力数据，并利用Bronkhorst软件采集质量流量Q_F，从而采集得到铬镀层加热面特性数据；

S6：更换实验装置83上不同的铬镀层加热面，重复步骤S2-S5进行实验，得到不同铬镀层加热面的表面特性数据。

如图9所示，为实验段中心9个测温点与冷流和热流的位置关系，图9中的虚线箭头代表冷流方向，实现箭头代表热流方向。其中最上面一排测温点代表不锈钢薄片1的加热面壁表温度，后面图示中的左中右分别代表图中对应竖直三个热电偶孔组成的第一列、第二列、第三列，上中下分别代表图中横平三个热电偶孔组成的第一排、第二排、第三排，例如上左代表第一排最左面那个热电偶孔，同理上中代表第一排中间那个热电偶孔，以此类推。

如图10所示，为测得的裸不锈钢薄片的实验数据，结合实验现象和处理得到的数据，蓝色区域数据代表单相流动，绿色区域代表流道出口附近开始沸腾，黄色代表中心测温点区域开始沸腾，橙色代表流道出口开始出现逆流现象。

如11所示，为所有测温点随有效热流密度的变化曲线图，图中第一条虚线表示对应有效热流下流道出口位置开始发生沸腾，图中第二条虚线代表对应有效热流下流道中心区域开始发生沸腾，图中第三天虚线表示对应热流下流道中开始有逆流现象发生，这是一个铬镀层表面的数据，通过做不同表面的实验，得到不同的数据图并比较就可以得出表面改性对整个流道流动沸腾的影响情况。

单相时有效热流根据进出口水温焓差值计算得到，两相时有效热流近似等于加热功率乘以刚发生沸腾时的比例系数；

平均换热系数h_w的计算公式如下：

q为有效热流密度；为薄片平均温度；为整个加热段水流的平均温度；t_in为水流进口温度；t_out为水流出口温度；C_p,m为水的定压比热容；m为质量流量；A为加热段面积；T_w,i为不锈钢薄片1上三个热电偶的温度；

如图12所示，为薄片上左中右3个位置的温度随壁面有效热流变化的关系图，水平最下面那条虚线代表此虚线对应热流下为单相，在两条虚线中间区域热流为流道中心区域未沸腾但出口区域沸腾，最上面那条虚线代表此虚线对应热流下流道中心区域也开始沸腾。上左代表图9所示中第一排左边热电偶位置，上中代表第一排中间热电偶位置，上右代表第一排右边热电偶位置。

如图13所示，为局部换热系数随局部热流变化的示意图，图中上左，上中，上右在前面段落已介绍，其局部换热系数按如下公式计算：

q_i为局部热流，用傅里叶导热定律计算；T_f,i为对应不锈钢薄片1测温孔上方水流横截面温度，单相时用进出口水温按加热流道长度线性插值，沸腾时选取为大气压力下的饱和温度；h_l,i为局部换热系数；

在发生周期性流动沸腾时，整个实验段气泡产生，脱离，聚合，聚合成大气泡，堵塞流道，带来流冲击力积累到大于气泡压力时将气泡推出流道，流道重新被润湿，继而进行下一个周期活动。

如图14所示，为平均换热系数随平均热流密度变化的示意图，其计算方法在上面已经介绍。

如图15所示，为流道内发生周期性流动沸腾时的压差信号随时间的变化图，可以通过比较不同表面的压差信号随时间的变化图并结合现象来分析不同表面在微通道中对流动沸腾换热的影响情况。

如图16所示，为压差平滑信号经过FFT信号处理后得到的频谱图，从图中可得到周期性波动频率，由此算得其一个流道沸腾波动周期为5.99s。

如图17所示，为发生周期性流动沸腾时质量流量在60s内的波动图，图中标红曲线表示此段时间有大气泡长期占据流道未排出流道所以没有周期波动。

如图18所示，为质量流量波动图经FFT信号处理后得到的频谱图，结合实际现象可得气泡逆流最大位置到流道中心位置的时间大概为5.45s。

综前所述，本发明的可方便进行探究表面改性在微通道中对流动沸腾换热的影响。结合数据和现象分析不同表面在窄矩形通道里流动沸腾的气泡现象的情况，总结出不同表面对流动沸腾产生气泡的影响规律，最终能得到不同表面在窄矩形通道里对单相换热系数，ONB、两相换热系数的影响规律。

Claims

1.一种窄矩形通道的两相流实验测量系统，其特征在于，包括有去离子水蓄水罐（86），所述去离子水蓄水罐（86）连接有除气式蓄水罐（89），所述除气式蓄水罐（89）内部设置有蓄水罐加热棒（814），所述去离子水蓄水罐（86）和除气式蓄水罐（89）之间设置有蠕动泵（810），所述除气式蓄水罐（89）的出水侧连接有过滤支路和过滤对比支路，过滤支路和过滤对比支路还连接有齿轮泵（87），所述过滤支路上设置有过滤器（88）和过滤器开关阀，所述过滤对比支路上设置有不过滤开关阀；所述齿轮泵（87）连接有调节回路和质量流量计（85），所述调节回路与所述除气式蓄水罐（89）连接，所述调节回路上还设置有调节开关阀，所述调节开关阀与所述齿轮泵（87）电性连接；所述质量流量计（85）连接有恒温预热锅（84），所述恒温预热锅（84）连接有实验装置（83），所述实验装置（83）的出水端连接有除气式蓄水罐（89）；所述实验装置（83）上设置有若干温度测点，所述温度测点安装有温度传感器，所述实验装置（83）内还设置有窄矩形通道和不锈钢表面改性后的加热面；

所述实验装置（83）包括有不锈钢薄片（1）、不锈钢凸台基座（2）、G10玻璃纤维外壳（3）、石英玻璃（4）和不锈钢压板（5）；所述不锈钢薄片（1）上电镀有不同特性的铬镀层；所述G10玻璃纤维外壳（3）上设置有安装所述不锈钢薄片（1）的镂空槽（38）和两处容水腔（30），所述镂空槽（38）与所述容水腔（30）通过连接槽（39）连接，两处所述容水腔（30）上还分别设置有进水口（32）和出水口（33）；所述不锈钢薄片（1）固定在所述不锈钢凸台基座（2）上，所述不锈钢薄片（1）、所述不锈钢凸台基座（2）安装在所述镂空槽（38）内；所述镂空槽（38）、连接槽（39）和石英玻璃（4）形成窄矩形通道；所述石英玻璃（4）通过不锈钢压板（5）固定在所述窄矩形通道上；所述不锈钢薄片（1）侧边设置有若干上温度测点孔（13），所述不锈钢凸台基座（2）上设置有若干下温度测点孔（23）；所述外壳（3）上设置有与所述上温度测点孔（13）、所述下温度测点孔（23）连通的测温对应孔（37），所述温度传感器安装在所述上温度测点孔（13）、所述下温度测点孔（23）内；

所述不锈钢凸台基座（2）包括有基座（21）和凸台（22），若干所述下温度测点孔（23）设置在所述凸台（22）上，所述基座（21）和凸台（22）上设置有两处连通的螺柱安装通孔（24）；所述不锈钢薄片（1）底部设置有两处薄片螺柱（11）和两处螺柱螺帽（12），所述不锈钢薄片（1）和所述不锈钢凸台基座（2）通过所述薄片螺柱（11）、螺柱螺帽（12）连接。

2.根据权利要求1所述的窄矩形通道的两相流实验测量系统，其特征在于，还包括有高速摄影机（81）、光源（82）、数据采集端（812）和直流式直流电源加热器（811），所述高速摄影机（81）、光源（82）安装在所述实验装置（83）上方，所述直流式直流电源加热器（811）安装在所述实验装置（83）底部，所述数据采集端（812）与若干所述温度传感器连接。

3.根据权利要求1所述的窄矩形通道的两相流实验测量系统，其特征在于，所述实验装置（83）与所述除气式蓄水罐（89）之间、所述除气式蓄水罐（89）与所述过滤支路之间、所述恒温预热锅（84）与所述实验装置（83）之间均设置有单向阀和开关阀；所述过滤支路与所述齿轮泵（87）之间、所述质量流量计（85）与所述恒温预热锅（84）之间和所述调节回路上也设置有单向阀。

4.根据权利要求1所述的窄矩形通道的两相流实验测量系统，其特征在于，所述恒温预热锅（84）的出水端设置有预热锅热电偶。

5.根据权利要求1所述的窄矩形通道的两相流实验测量系统，其特征在于，两处所述容水腔（30）上均设置有热电偶安装孔（34），两处所述热电偶安装孔（34）内均安装有容水腔热电偶；两处所述容水腔（30）还分别设置有压力表安装孔（35）和压力变送器安装孔（36），所述压力表安装孔（35）安装有压力传感器，所述压力变送器安装孔（36）安装有压力变送器。

6.根据权利要求1所述的窄矩形通道的两相流实验测量系统，其特征在于，所述外壳（3）和所述不锈钢压板（5）上对应设置有若干安装通孔（31），所述外壳（3）和所述不锈钢压板（5）通过若干螺栓件连接。

7.根据权利要求1所述的窄矩形通道的两相流实验测量系统，其特征在于，所述不锈钢薄片（1）侧边设置有三处上温度测点孔（13），所述不锈钢凸台基座（2）上设置有六处下温度测点孔（23），六处所述下温度测点孔（23）分成两排三列，并与三处所述上温度测点孔（13）对齐。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述的窄矩形通道两相流实验测量系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将实验装置（83）组装好，测量系统安装好，实验装置（83）接入测量系统的实验回路中，调节测量系统；具体包括：

S11：打开蠕动泵（810）将去离子水蓄水罐（86）中的高纯度去离子水泵入到除气式蓄水罐（89）中，除气式蓄水罐（89）加入高纯度去离子水后，控制蠕动泵（810）反向运转对除气式蓄水罐（89）进行排气；

S12：利用除气式蓄水罐（89）中的蓄水罐加热棒（814），将纯度去离子水加热沸腾持续30分钟，排除高纯度去离子水中的不凝性气体；然后关闭蠕动泵（810）和停止蓄水罐加热棒（814）加热，使高纯度去离子水自然冷却；

S2：调节测量系统后，使其正常运行，在实验装置（83）不漏水后，开始窄矩形通道的内两相流实验；

S3：设定质量流量计（85）的质量流量阀值Q_F、实验装置（83）的进口温度T_in，通过质量流量计（85）设置高纯度去离子水的质量流量阀值为Q_F，通过恒温预热锅（84）设置实验装置（83）的进口温度为T_in；

S4：打开直筒式直流电源加热器（813），利用直筒式直流电源加热器（813）加热实验装置（83）底部，通过热传递，最终将热量传导至实验装置（83）内的表面电镀后的加热面，通过加热面加热窄矩形通道内的高纯度去离子水；

S5：每隔3分钟调节一次直筒式直流电源加热器（813）的加热功率，并采集一次数据，直到实验装置（83）中的高纯度去离子水被沸腾产生的气泡逆流占据整个流道为止；并利用高速摄影机（81）透过石英玻璃（4）拍摄记录窄矩形通道内高纯度去离子水的流动情况；

利用数据采集端（812）配合signal express软件采集实验装置（83）上的若干温度和压力数据；并利用Bronkhorst软件采集质量流量Q_F，从而采集得到电镀加热面特性数据；

S6：更换实验装置（83）上不同的电镀加热面，重复步骤S2-S5进行实验，得到不同电镀加热面的表面特性数据。