CN110618165A - 一种喷淋冷却多工艺参数试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，包括水箱、喷淋管路、喷嘴、温度调节部分、压力调节部分和喷嘴调节部分，温度调节部分由温度传感器和加热电阻组成，压力调节部分由压力传感器、变频器、伺服电机和水泵组成；喷嘴调节调节部分由支撑底座、丝杠、丝杠支撑台、滑台、喷嘴固定板和透明试验台组成，透明试验台中设置有红外相机。本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，能够调节喷淋介质温度、喷淋压力、喷淋高度、喷嘴口径以及喷淋角度，改变了喷淋冷却试验多个工艺参数不能同时控制且精度不高的弊端；红外相机可求取试件喷淋面的传热变化，对不同工艺参数下的喷淋冷却传热规律进行研究，这对促进喷淋冷却的科学、工程应用具有重大实用意义。

Description

一种喷淋冷却多工艺参数试验装置

技术领域

本发明涉及一种喷淋冷却多工艺参数试验装置，更具体的说，尤其涉及一种能够调节介质温度、喷淋压力、喷淋高度、喷嘴口径和喷淋角度的喷淋冷却多工艺参数试验装置。

背景技术

喷淋冷却（Spray Cooling）作为一种先进的可控快冷技术，其原理是将水加压形成液滴束冲击被冷却的物体，在物体表面形成一层气液薄膜，并带走热量达到冷却降温目的，工程中常采用实心锥形喷嘴。该技术具有传热能力高，冷却过程温差小、工质需求量小、没有沸腾的滞后性以及与固体表面没有接触热等优点，改善了传统池浴冷却不均匀的冷却状态和应力分布，为不同冷却速率的调控提供了有效的技术途径，在高温金属冷却、金属切削、高热流密度电子器件冷却、激光医疗、大型雷达与微重力环境冷却等领域具有广泛的应用前景。

由于生产工艺的先进性，现代喷淋冷却技术已经成为欧美等发达国家争相攻克的技术制高点。然而，现代喷淋冷却技术涉及传热学、热弹塑性力学、化学热力学等学科知识，是多学科交叉、多场耦合的高度知识密集型科技。目前为止，与池浴冷却方式相比，喷淋冷却过程的热交换机制尚未获得一个完整的认识。喷淋冷却中，影响传热的工艺参数复杂多变，水温、喷淋距离、喷淋压力、喷淋角度等均有可能影响喷淋冷却传热，因此工程中急需开发一种能适用于多喷淋工艺参数的试验装置，满足工程、科学研究需要。目前尚未有考虑多喷淋工艺参数的试验装置，严重限制了现代喷淋冷却技术的技术研究发展。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种能够调节介质温度、喷淋压力、喷淋高度、喷嘴口径和喷淋角度的喷淋冷却多工艺参数试验装置。

本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，包括水箱、喷淋管路、喷嘴、温度调节部分、压力调节部分和喷嘴调节部分，水箱内存储有喷淋冷却用介质，喷淋管路的进水口位于水箱中，出水口与喷嘴相连接；其特征在于：所述温度调节部分由温度传感器和加热电阻组成，加热电阻设置于水箱的底部，用于对介质进行加热，温度传感器对介质温度进行测量；所述压力调节部分由压力传感器、变频器、伺服电机和水泵组成，水泵和压力传感器均设置于喷淋管路上，伺服电机用于驱使水泵工作，变频器通过检测压力传感器的输出信号对伺服电机进行控制；

所述喷嘴调节调节部分由支撑底座、丝杠、丝杠支撑台、滑台、喷嘴固定板和透明试验台组成，丝杠支撑台以竖直方向固定于支撑底座上，丝杠的上下两端分别转动设置于丝杠支撑台的上端和支撑底座上，滑台经螺母设置于丝杠上；喷嘴固定板固定于滑台上，滑台上固定有用于固定喷嘴的弹性卡扣；透明试验台位于支撑底座上，待测试件置于透明试验台上，透明试验台中设置有对待测试件的温度图像进行采集的红外相机。

本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，所述弹性卡扣由左外板、右外板、左内板、右内板组成，左外板和右外板的外壁固定于喷嘴固定板上，左内板、右内板分别位于左外板、右外板的内侧，左内板与右内板之间形成对喷嘴夹持的空腔，左外板与左内板之间、右外板与右内板之间均通过多个处于被压缩状态的弹簧相连接；左外板和右外板的上端均设置有喷嘴第一调节螺栓，左外板和右外板的下端均设置有喷嘴第二调节螺栓。

本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，所述喷淋管路的进水口上设置有底阀，底阀位于水箱中，底阀与水泵之间的喷淋管路上设置有第一调节阀，靠近喷嘴的喷淋管路上设置有第二调节阀。

本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，所述第一调节阀与第二调节阀之间的喷淋管路上设置有压力表和压力罐。

本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，所述水箱上设置有保温层，水箱的内壁上设置有防氧化生锈涂层。

本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，所述丝杠支撑台上固定有用于对喷嘴距离待测试件的高度进行测量标定的刻度尺。

本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，所述丝杠的上端固定有对喷嘴的高度进行调节的手摇柄。

本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，包括对待测试件进行加热的加热炉。

本发明的有益效果是：本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，通过在温度传感器上设置加热电阻和水箱，实现了对喷淋介质的温度调节；通过设置压力传感器、变频器、伺服电机和水泵，实现了对经喷嘴所喷出介质的压力调节；通过设置包括丝杠、滑台、喷嘴固定板和弹性卡扣的喷嘴调节部分，不同直径的喷嘴均可固定于弹性卡扣上，实现了喷嘴口径的调节，利用丝杠的转动驱使喷嘴跟随滑台一起升降，实现了对喷淋高度的调节，同时弹性卡扣还可对喷嘴的朝向进行调节，实现了喷淋角度的调节。

可见，本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置，改变了喷淋冷却试验多个工艺参数不能同时控制且精度不高的弊端；在喷淋冷却中，可更换多种冷却介质进行研究，实现了一机多用；设备使用的待测试件配合红外相机，可以方便的求取试件喷淋面的传热变化，对不同工艺参数下的喷淋冷却传热规律进行研究，这对促进喷淋冷却的科学、工程应用具有重大实用意义。

附图说明

图1为本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置的结构示意图；

图2为图1中喷嘴所在区域的局部放大图。

图中：1温度传感器，2加热电阻，3水箱，4底阀，5第一调节阀，6水泵，7压力表，8压力罐，9压力传感器，10变频器，11伺服电机，12第二调节阀，13手摇柄，14丝杠支撑台，15丝杠，16第一固定螺栓，17支撑底板，18红外相机，19高透红外线石英玻璃，20待测试件，21加热炉，22滑台，23第二固定螺栓，24喷嘴固定板，25喷嘴第一调节螺栓，26喷嘴第二调节螺栓，27弹性卡扣，28喷嘴，29左外板，30右外板，31左内板，32右内板，33弹簧，34喷淋管路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的喷淋冷却多工艺参数试验装置的结构示意图，其由水箱3、喷淋管路34、喷嘴28、透明试验台、温度调节部分、压力调节部分和喷嘴调节部分组成，水箱3用于存储喷淋冷却用介质，为了实现保温作用，可在水箱3上设置保温层；还可在水箱3的内壁上设置防氧化生锈涂层。喷淋管路34的进水口与水箱3的内部相通，出水口与喷嘴28相通，可在喷淋管34的进水口上设置底阀4，以便于喷淋介质的抽取。温度调节部分由温度传感器1和加热电阻2构成，温度传感器1由于对水箱3中的介质温度进行测量，加热电阻2用于对水箱3中的介质进行加热，当经温度传感器1检测到水箱3中的温度低于设定值时，则开启加热电阻2对介质加热，直至介质温度达到设定温度。所示进水口处的喷淋管路34上设置有第一调节阀5，以对流速大小进行控制，有利于实现温度的精准控制。温度调节部分所能实现的介质温度调节范围为：室温-介质沸点。

压力调节部分由压力传感器9、变频器10、伺服电机11和水泵6组成，水泵6和压力传感器9按介质流向依次设置于喷淋管路34上，压力传感器9用于对喷淋管路34中介质的压力进行测量，变频器10用于对伺服电机11的转速进行控制，伺服电机11用于驱使水泵6工作。这样，经压力传感器9对喷淋压力的测量，当介质的喷淋压力小于设定值时，变频器10则增加伺服电机11的转速，以增加喷淋压力；当喷淋介质小于设定值时，则降低伺服电机11的转速，降低喷淋压力，以保证喷淋压力等于设定值。靠近介质出水口的喷淋管路34上设置有第二调节阀12，通过第二调节阀12对流速的控制，可实现喷淋压力的精准控制。所示喷淋管路34还连接有压力罐8，通过压力罐8对压力介质的存储，有利于维持喷淋压力的稳定。所示的喷淋管路34上还设置有压力表7，以方便试验人员获取喷淋管路34中的压力值。

所示喷嘴调节部分由支撑底板17、丝杠支撑台14、丝杠15、手摇柄13、滑台22、喷嘴固定板24、喷嘴28组成，支撑底板17起固定和支撑作用，其可放置于地面或工作台上，丝杠支撑台14以竖直方向固定于支撑底板17上，丝杠15的下端可转动地设置于支撑底板17上，丝杠15的上端转动设置于丝杠支撑台14的上端。丝杠15的下端保证其可转动的带孔板或带轴承的板经第一固定螺栓16固定于支撑底板17上。

所示滑台22经螺母设置于丝杠15上，且滑台22的一个端面顶触在丝杠支撑台14上，丝杠15的上端固定有手摇柄13，这样在利用手摇柄13带动丝杠15转动的过程中，由于丝杠支撑台14对滑台22的限位使其不可转动，只能沿丝杠15上下升降。所示的喷嘴固定板24经第二固定螺栓23固定于滑台22上，弹性卡扣27固定于喷嘴固定板24上，弹性卡扣27用于固定喷嘴28。这样，通过手摇柄13转动丝杠15，即可驱使喷嘴28上下升降，以实现喷淋高度的调节。

透明试验台放置于支撑底板17上，待测试件20放置于透明试验台上，待测试件20位于喷嘴28的下方，透明试验台中设置有对待测试件20的红外温度图像进行采集的红外相机18，透明试验台可采用高透红外线石英玻璃19，通过所采集的待测试件20在喷淋冷却下的温度图形变化，可以方便的求取试件喷淋面的传热变化，对不同工艺参数下的喷淋冷却传热规律进行研究。

如图2所示，给出了图1中喷嘴所在区域的局部放大图，所示的弹性卡扣27由左外板29、右外板30、左内板31和右内板32组成，左外板29、右外板30、左内板31和右内板32均可采用平板形状或圆弧片形状，左外板29的外壁和右外板30的外壁均固定于喷嘴固定板24上，左内板31位于左外板29的内侧，右内板32位于右外板30的内侧，右内板32与左内板31之间形成对喷嘴28夹持的空腔。左外板29与左内板31之间经多个横向的处于被压缩状态的弹簧33相连接，右外板30与右内板32之间也经多个处于被压缩状态的弹簧33相连接，这样，在弹簧33的作用下，可对放入左内板31与右内板32之间的喷嘴28夹紧，也实现了对不同喷嘴口径的夹持，实现了喷嘴口径尺寸的调节。

所示左外板29和右外板30的上部均设置有喷嘴第一调节螺栓25，左外板29和右外板30的下部均设置有喷嘴第二调节螺栓26，第一调节螺栓25、第二调节螺栓26穿过左外板29或右外板30，且其前端顶触在左内板31或右内板32上。通过改变调节第一调节螺栓25和第二调节螺栓26的旋进长度，可以喷嘴28的喷淋角度进行调节。如图2中所示，如果将右外板30上的喷嘴第一调节螺栓25向右旋出，将左外板29上的喷嘴第一调节螺栓25向右旋进，将左外板29上的喷嘴第二调节螺栓26向左旋出，将右外板30上的喷嘴第二调节螺栓26向左旋进，即可驱使竖直转台的喷嘴28顺时针旋转一定角度，实现喷淋角度的改变。

Claims (8)

1.一种喷淋冷却多工艺参数试验装置，包括水箱（3）、喷淋管路（34）、喷嘴（28）、温度调节部分、压力调节部分和喷嘴调节部分，水箱内存储有喷淋冷却用介质，喷淋管路的进水口位于水箱中，出水口与喷嘴相连接；其特征在于：所述温度调节部分由温度传感器（1）和加热电阻（2）组成，加热电阻设置于水箱的底部，用于对介质进行加热，温度传感器对介质温度进行测量；所述压力调节部分由压力传感器（9）、变频器（10）、伺服电机（11）和水泵（6）组成，水泵和压力传感器均设置于喷淋管路上，伺服电机用于驱使水泵工作，变频器通过检测压力传感器的输出信号对伺服电机进行控制；

所述喷嘴调节调节部分由支撑底座（17）、丝杠（15）、丝杠支撑台（14）、滑台（22）、喷嘴固定板（24）和透明试验台组成，丝杠支撑台以竖直方向固定于支撑底座上，丝杠的上下两端分别转动设置于丝杠支撑台的上端和支撑底座上，滑台经螺母设置于丝杠上；喷嘴固定板固定于滑台上，滑台上固定有用于固定喷嘴（28）的弹性卡扣（27）；透明试验台位于支撑底座上，待测试件（20）置于透明试验台上，透明试验台中设置有对待测试件的温度图像进行采集的红外相机（18）。

2.根据权利要求1所述的喷淋冷却多工艺参数试验装置，其特征在于：所述弹性卡扣（27）由左外板（29）、右外板（30）、左内板（31）、右内板（32）组成，左外板和右外板的外壁固定于喷嘴固定板（24）上，左内板、右内板分别位于左外板、右外板的内侧，左内板与右内板之间形成对喷嘴（28）夹持的空腔，左外板与左内板之间、右外板与右内板之间均通过多个处于被压缩状态的弹簧（33）相连接；左外板和右外板的上端均设置有喷嘴第一调节螺栓（25），左外板和右外板的下端均设置有喷嘴第二调节螺栓（26）。

3.根据权利要求1或2所述的喷淋冷却多工艺参数试验装置，其特征在于：所述喷淋管路（34）的进水口上设置有底阀（4），底阀位于水箱（3）中，底阀与水泵（6）之间的喷淋管路上设置有第一调节阀（5），靠近喷嘴（28）的喷淋管路（34）上设置有第二调节阀（12）。

4.根据权利要求3所述的喷淋冷却多工艺参数试验装置，其特征在于：所述第一调节阀（5）与第二调节阀（12）之间的喷淋管路（34）上设置有压力表（7）和压力罐（8）。

5.根据权利要求1或2所述的喷淋冷却多工艺参数试验装置，其特征在于：所述水箱（3）上设置有保温层，水箱的内壁上设置有防氧化生锈涂层。

6.根据权利要求1或2所述的喷淋冷却多工艺参数试验装置，其特征在于：所述丝杠支撑台（14）上固定有用于对喷嘴（28）距离待测试件（20）的高度进行测量标定的刻度尺。

7.根据权利要求1或2所述的喷淋冷却多工艺参数试验装置，其特征在于：所述丝杠（15）的上端固定有对喷嘴（28）的高度进行调节的手摇柄（13）。

8.根据权利要求1或2所述的喷淋冷却多工艺参数试验装置，其特征在于：包括对待测试件（20）进行加热的加热炉（21）。