基于X射线精细测量的微结构表面池式沸腾实验装置

本发明涉及的是一种核态沸腾实验领域的技术，具体是一种基于x射线精细测量的微结构表面池式沸腾实验装置。

背景技术：

1、临界热流密度(critical heat flux,chf)的触发机制与加热面上气泡下的液-气界面的行为和形状高度相关，因此有必要可视化气泡下的区域。由于受到核态沸腾高分辨率原位测量技术的限制，改性表面临界热流密度触发机制及强化特性仍然缺乏最直接的观测证据，其作用规律目前仍不明晰。因此，需要同步加速器x射线成像获得微观毛细芯吸微液层运动可视化数据，结合宏观气泡动力学确定改性表面chf增强的关键机制。现有采用玻璃可视窗的全方位可视化池式沸腾实验装置无法使用x进行测量，原因在于x射线穿透路径上玻璃可视窗和容器内的液体会对x射线造成严重的衰减导致无法得到准确的结果。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术无法同时获取宏观沸腾换热特性和微观毛细芯吸微液层运动细节的不足，提出一种基于x射线精细测量的微结构表面池式沸腾实验装置，可同时获得热流密度、表面过热度等宏观沸腾换热特性和微观毛细芯吸微液层运动细节的实验装置。由此可以分析汽泡动力学、沸腾换热特性及毛细芯吸微液层等宏/微观特性参数的内在联系，可用于研究不同微结构表面临界热流密度和换热能力的强化机理。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种基于x射线精细测量的微结构表面池式沸腾实验装置，包括：水箱以及设置于其内的加热系统、x射线通道和待测样品，其中：两段x射线通道分别位于待测样品的两侧并通过盖板设置于水箱内侧底部，水箱外侧对应设有传热段，待测样品和盖板分别与传热段相连。

4、所述的水箱外部设有光学高速相机，水箱内部设有热电偶，从而同时观测气泡形态、热流密度、表面过热度等宏观沸腾换热特性，利用同步辐射x射线超快成像技术进行原位测量得到毛细芯吸微液层运动特征，以分析汽泡动力学、沸腾换热特性及毛细芯吸微液层等宏/微观特性参数的内在联系，可用于研究不同微结构表面临界热流密度和换热能力的强化机理，进而提出沸腾换热强化表面的设计优化方法。

5、技术效果

6、本发明通过在x射线通道外壳采用轻核材料聚醚醚酮，内部为中空(空气)，最大程度减少x射线到荧光屏过程中的衰减以保证得到最精密的测量。由于本技术四面均开有可视窗，因此在用x射线进行微观可视化实验的同时，可以在与x射线通道垂直的方向同步基于高速摄像机进行宏观可视化实验。与现有技术相比，本发明能够同时获得热流密度、表面过热度等宏观沸腾换热特性和微观毛细芯吸微液层运动细节的实验装置。由此可以分析汽泡动力学、沸腾换热特性及毛细芯吸微液层等宏/微观特性参数的内在联系，可用于研究不同微结构表面临界热流密度和换热能力的强化机理，进而提出沸腾换热强化表面的设计优化方法。

技术特征：

1.一种基于x射线精细测量的微结构表面池式沸腾实验装置，其特征在于，包括：水箱以及设置于其内的加热系统、x射线通道和待测样品，其中：两段x射线通道分别位于待测样品的两侧并通过盖板设置于水箱内侧底部，水箱外侧对应设有传热段，待测样品和盖板分别与传热段相连。

2.根据权利要求1所述的基于x射线精细测量的微结构表面池式沸腾实验装置，其特征是，所述的传热段外部设有保温层和绝热层，底部设有压紧弹簧以保证传热段与样品紧密接触，两层保温层能有效的防止经过紫铜传热段的热量向外散失，样品表面截面积与传热段截面积相同。

3.根据权利要求1所述的基于x射线精细测量的微结构表面池式沸腾实验装置，其特征是，所述的加热系统为设置于水箱内的电加热棒，对应水箱内设有热电偶。

4.根据权利要求1所述的基于x射线精细测量的微结构表面池式沸腾实验装置，其特征是，所述的待测样品通过导热硅脂与紫铜传热段相连以减小样品与传热段间的热阻。

5.根据权利要求1所述的基于x射线精细测量的微结构表面池式沸腾实验装置，其特征是，所述的水箱上设有若干观察窗且整体设置于三维平台上，通过高速相机或x射线相机透过观察窗采集x射线通道下方的样品的池式沸腾现象并利用传热段中热电偶温度结果，由傅里叶定律可得传热段内热流密度，进而一维导热得到试样表面热流密度表面温度及表面过热度δt＝t-tsat，其中：kcu为紫铜热导率，tsat为饱和温度，t1为样品内热电偶所测温度，t2与t3分别为传热段内两根热电偶所测温度，δx2为两根热电偶间距。

6.根据权利要求1或5所述的基于x射线精细测量的微结构表面池式沸腾实验装置，其特征是，所述的微结构表面池式沸腾实验是指：通过设置于水箱外部的光学高速相机和设置于水箱内部的热电偶，从而同时观测气泡形态、热流密度、表面过热度宏观沸腾换热特性，利用同步辐射x射线超快成像技术进行原位测量得到毛细芯吸微液层运动特征，以分析汽泡动力学、沸腾换热特性及毛细芯吸微液层等宏/微观特性参数的内在联系，可用于研究不同微结构表面临界热流密度和换热能力的强化机理，进而提出沸腾换热强化表面的设计优化方法。

技术总结
一种基于X射线精细测量的微结构表面池式沸腾实验装置，包括：水箱以及设置于其内的加热系统、X射线通道和待测样品，其中：两段X射线通道分别位于待测样品的两侧并通过盖板设置于水箱内侧底部，水箱外侧对应设有传热段，待测样品和盖板分别与传热段相连。本发明可同时获得热流密度、表面过热度等宏观沸腾换热特性和微观毛细芯吸微液层运动细节的实验装置。由此可以分析汽泡动力学、沸腾换热特性及毛细芯吸微液层等宏/微观特性参数的内在联系，可用于研究不同微结构表面临界热流密度和换热能力的强化机理。

技术研发人员：刘晓晶,唐珑畅,许巍,何辉,张西方
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18