一种直接接触式熔化相变对流换热系数测量方法及装置

本文件涉及传热测试，尤其涉及一种直接接触式熔化相变对流换热系数测量方法及装置。

背景技术：

1、现有技术对固-液直接接触固体材料熔化相变过程中相界面对流换热系数计算多利用光学法进行拍摄记录，如摄像法、粒子图像测速法等，研究冰-水同物质下固液相变熔化过程，通过拍摄记录的方式对相界面的移动进行捕捉，采用数学模型处理计算得到传热系数，但该方法通过对固体相变材料进行固定，恒温换热流体流动与固体相变材料表面接触，难以保证固体相变材料表面速度场、温度场达到均匀统一，造成不同位置传递到相变材料表面的热流不同，导致固体相变材料熔化时表面形状凹凸不平，熔化速率不一致，增加测量误差，且对换热流体的动力提供以及速度的稳定控制，往往需要增设风机、泵、管道、均流器等设备，且一次测量只能得到一个速度下的表面传热系数，测量值主要针对于潜热值，整体测量成本较高，测量参数范围窄，对于还有其他现有对流换热系数计算采用容积求解的体积对流换热系数，但是体积对流换热系数误差较大。

技术实现思路

1、本说明书一个或多个实施例提供了一种直接接触式熔化相变对流换热系数测量方法，包括：

2、测量制备的柱体形状固体相变材料初始温度；

3、根据实验需求设置恒温容器的目标温度，对恒温容器中的换热流体进行恒温控制；

4、将柱体形状固体相变材料放入恒温容器，通过动力装置控制柱体形状固体相变材料绕旋转轴承支柱进行旋转运动，记录旋转运动启动时间，并采集柱体形状固体相变材料在旋转运动过程中的温度，当柱体形状固体相变材料完全熔化时，记录熔化完成时间；

5、根据柱体形状固体相变材料熔化过程中径向温度分布随时间的变化规律，对采集的数据进行处理，计算对流换热系数。

6、进一步地，所述旋转轴承支柱半径值根据所述柱体固体相变材料的半径和高度值确定。

7、进一步地，所述旋转轴承支柱的半径横向方向等距设置有热电偶测点，热电偶测点之间间隔为等距均分。

8、进一步地，所述动力装置包括电机、联轴器和竖轴，电机的一端与联轴器连接，联轴器的另一端与竖轴连接，所述竖轴上设置有数据采集仪，以实现对温度数据的实时采集。

9、进一步地，所述恒温容器中设置有呈同心圆等距排列的纵向金属翅片挡板，金属翅片挡板中心用于放置柱体形状固体相变材料，所述同心圆直径大于所述柱体形状固体相变材料的直径。

10、进一步地，所述对流换热系数具体计算方法为：

11、根据柱体形状固体相变材料熔化过程中径向温度分布随时间的变化规律，温度场分布以及相界面移动变化曲线，根据试验数据建立差分方程计算对流换热系数，具体计算方法如下：

12、

13、式中：ρ、l、λ、tm均为恒物性参数，分别为相变材料密度、单位质量潜热量、固体导热系数、相变温度；ti+1、ti表示固体相变材料不同熔化时刻；rti+1、rti分别为ti+1、ti时刻温度值等于tm的测点位置；tti+1为ti+1时刻最接近tm的固体温度值，由径向测点测量值确定；δ为径向测点平均间距，由初始半径大小r与布置测点个数n决定，δ＝r/n；t∞为恒温容器温度值。

14、本说明书一个或多个实施例提供了一种直接接触式熔化相变传热系数测量装置，包括柱体形状固体相变材料、旋转轴承支柱、恒温容器和数据采集仪，所述柱体形状固体相变材料通过制作指定半径和高度的模具获得，所述旋转轴承支柱设置在所述柱体形状固体相变材料中轴，在动力装置的驱动下所述柱体形状固体相变材料绕所述旋转轴承支柱进行旋转运动，所述柱体形状固体相变材料设置在恒温容器中，所述恒温容器中盛有恒温换热流体，用于与柱体形状固体相变材料进行对流换热，所述数据采集仪用于对热电偶测点的温度数据进行实时采集。

15、进一步地，所述恒温容器中设置有呈同心圆等距排列的纵向金属翅片挡板，金属翅片挡板中心用于放置柱体形状固体相变材料，所述同心圆直径大于所述柱体形状固体相变材料的直径。

16、进一步地，所述装置还设置有测温热电偶，所述测温热电偶设置在旋转轴承支柱的半径横向方向等距布置的测点上，布置间隔根据柱体形状相变材料实际半径大小进行等距均分。

17、进一步地，所述动力装置包括电机、联轴器和竖轴；电机的一端与联轴器连接，联轴器的另一端与竖轴连接，所述竖轴上设置有所述数据采集仪。

18、采用本发明实施例，通过采用对柱体形状固体相变材料进行旋转运动，恒温换热流体静止的方式，使固体相变材料表面与换热流体间产生稳定可控的相对速度，使固体相变材料表面速度场、温度场达到均匀统一性，实现固体相变材料柱体的严格一维径向熔化，提高了测量精度，扩大了测量参数范围，增强了测量方法的通用性；装置简单，降低了装置测量成本，提高了测量便捷性。

19、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

20、附图说明

21、为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

22、图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种直接接触式熔化相变对流换热系数测量方法的流程图；

23、图2为本说明书一个或多个实施例提供的一种直接接触式熔化相变对流换热系数测量装置的结构示意图；

24、图3为本说明书一个或多个实施例提供的一种直接接触式熔化相变对流换热系数测量装置的恒温容器-旋转柱体形状固体相变材料截面图；

25、图4为本说明书一个或多个实施例提供的一种直接接触式熔化相变对流换热系数测量装置的旋转支柱及热电偶截面布置示意图。

技术特征：

1.一种直接接触式熔化相变对流换热系数测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转轴承支柱半径值根据所述柱体固体相变材料的半径和高度值确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转轴承支柱的半径横向方向等距设置有热电偶测点，热电偶测点之间间隔为等距均分。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动力装置包括电机、联轴器和竖轴，电机的一端与联轴器连接，联轴器的另一端与竖轴连接，所述竖轴上设置有数据采集仪，以实现对温度数据的实时采集。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒温容器中设置有呈同心圆等距排列的纵向金属翅片挡板，金属翅片挡板中心用于放置柱体形状固体相变材料，所述同心圆直径大于所述柱体形状固体相变材料的直径。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对流换热系数具体计算方法为：

7.一种直接接触式熔化相变传热系数测量装置，其特征在于，包括柱体形状固体相变材料、旋转轴承支柱、恒温容器和数据采集仪，所述柱体形状固体相变材料通过制作指定半径和高度的模具获得，所述旋转轴承支柱设置在所述柱体形状固体相变材料中轴，在动力装置的驱动下所述柱体形状固体相变材料绕所述旋转轴承支柱进行旋转运动，所述柱体形状固体相变材料设置在恒温容器中，所述恒温容器中盛有恒温换热流体，用于与柱体形状固体相变材料进行对流换热，所述数据采集仪用于对热电偶测点的温度数据进行实时采集。

8.据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述恒温容器中设置有呈同心圆等距排列的纵向金属翅片挡板，金属翅片挡板中心用于放置柱体形状固体相变材料，同心圆直径大于所述柱体形状固体相变材料的直径。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还设置有测温热电偶，所述测温热电偶设置在旋转轴承支柱的半径横向方向等距布置的测点上，布置间隔根据柱体形状相变材料实际半径大小进行等距均分。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述动力装置包括电机、联轴器和竖轴；电机的一端与联轴器连接，联轴器的另一端与竖轴连接，所述竖轴上设置有所述数据采集仪。

技术总结本说明书实施例提供了一种直接接触式熔化相变对流换热系数测量方法及装置，其中，方法包括：测量制备的柱体形状固体相变材料初始温度；根据实验需求设置恒温容器的目标温度，对恒温容器中的换热流体进行恒温控制；将柱体形状固体相变材料放入恒温容器，通过动力装置控制柱体形状固体相变材料绕旋转轴承支柱进行旋转运动，记录旋转运动启动时间，并采集柱体形状固体相变材料在旋转运动过程中的温度，当柱体形状固体相变材料完全熔化时，记录熔化完成时间；根据柱体形状固体相变材料熔化过程中径向温度分布随时间的变化规律，对采集的数据进行处理，计算对流换热系数。本发明提高了测量精度，扩大了测量参数范围，增强了测量方法的通用性。技术研发人员：何石泉,符军,卢彬盛,伍鹏受保护的技术使用者：广州大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4