CN110261064A - 一种热对流试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热对流试验台，包括下底座、石英腔和上平台，石英腔设置于底座上，上平台设置于石英腔上，石英腔内设置有压力探头，石英腔的腔体上设置有加热装置和冷却装置，石英腔用于容纳气体。石英腔的上腔体表面和石英腔的下腔体表面均向下倾斜设置。加热装置设置于石英腔的右下角，冷却装置设置于石英腔的左上角。压力探头为带显示屏的压力探头，且压力探头包括第一压力探头和第二压力探头，第一压力探头设置于石英腔的右上角，第二压力探头于石英腔的左下角。本发明通过加热装置和冷却装置的使用，使得气体可以持续的被加热和冷却，最终形成稳定的对流运动，从而测得加热温度和气体压力大小，进而得到温度特性对热对流的影响关系。
Description
技术领域
本发明涉及流体力学实验的技术领域，特别是涉及一种热对流试验台。
背景技术
当流体中温度分布不均匀时，气体在温度高的位置密度大，温度低的位置密度小，质点发生相对位移而引起的热量传递过程，称为热致对流。热对流是自然冷却的主要过程，对热对流强度强度影响因素的研究具有广泛的应用价值。
现有热对流实验设备主要通过在设备底部及顶部设置高低温度，通过高低温度的控制实现流体从低温向高温的流动，而该实验过程仅仅是一个瞬态过程，流体最终会静止，无法形成稳定的气体流动过程，其观察及测量都较困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种热对流试验台，以解决上述现有技术存在的问题，使热对流试验台结构简单、操控简便，且能够形成稳定的气体流动过程。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种热对流试验台，包括下底座、石英腔和上平台，所述石英腔设置于所述底座上，所述上平台设置于所述石英腔上，所述石英腔内设置有压力探头，所述石英腔的腔体上设置有加热装置和冷却装置，所述石英腔用于容纳气体，所述加热装置和所述冷却装置能够使气体在所述石英腔内形成对流循环。
优选的，所述石英腔的上腔体表面和所述石英腔的下腔体表面均向下倾斜设置。
优选的，所述加热装置设置于所述石英腔的右下角，所述冷却装置设置于所述石英腔的左上角。
优选的，所述压力探头为带显示屏的压力探头，且所述压力探头包括第一压力探头和第二压力探头，所述第一压力探头设置于所述石英腔的右上角，所述第二压力探头于所述石英腔的左下角。
优选的，所述加热装置包括加热丝和导热棒，所述加热丝缠绕于所述导热棒上，所述加热丝位于所述下底座中，所述导热棒的一端伸入所述石英腔的腔体中。
优选的，所述加热丝与一电流源连接，所述电流源能够调节加热电流的大小。
优选的，所述冷却装置为一冷却盒，所述冷却盒贴敷于所述石英腔的腔体外表面，所述冷却盒用于盛放冰块。
优选的，所述石英腔上设置有一通孔，所述冷却盒密封设置于所述通孔上。
优选的，所述下底座上设置有一垫块，所述垫块为非导电材料，所述垫块上设置有加热装置。
优选的，所述垫块与所述加热装置之间设置有热电偶，所述热电偶用于测量所述加热装置的加热温度。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过加热装置和冷却装置的使用，促进气体在石英腔的流动，使得气体可以持续的被加热和冷却，最终形成稳定的对流运动，从而测得加热温度和气体压力大小，进而得到温度特性对热对流的影响关系。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明热对流试验台的结构示意图；
其中：1-下底座，2-垫块，3-热电偶，4-导热棒，5-加热丝，6-第二压力探头，7-石英腔，8-上平台，9-第一压力探头，10-冷却盒，11-冰块，12-显示屏。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种热对流试验台，以解决现有技术存在的问题，使热对流试验台结构简单、操控简便，且能够形成稳定的气体流动过程。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示：本实施例提供了一种热对流试验台，包括下底座1、石英腔7和上平台8，石英腔7设置于底座上，上平台8设置于石英腔7上，石英腔7内设置有压力探头，石英腔7的腔体上设置有加热装置和冷却装置，石英腔7用于容纳气体，加热装置和冷却装置能够使气体在石英腔7内形成对流循环。气体最好带有颜色，本实施例中优选向石英腔7中通入少量二氧化氮气体，作为示踪气体，根据颜色的变化可以标志出气体的流动特性。
具体的，石英腔7的上腔体表面和石英腔7的下腔体表面均向下倾斜设置。加热装置设置于石英腔7的右下角，冷却装置设置于石英腔7的左上角。压力探头为带显示屏12的压力探头，且压力探头包括第一压力探头9和第二压力探头5，第一压力探头9设置于石英腔7的右上角，第二压力探头5于石英腔7的左下角。
其中，加热装置包括加热丝5和导热棒4，加热丝5缠绕于导热棒4上，加热丝5位于下底座1中，导热棒4的一端伸入石英腔7的腔体中。加热丝5与一电流源连接，电流源能够调节加热电流的大小。下底座1上设置有一垫块2，垫块2为硬质的且非导电材料，便于下底座1的固定。垫块2上设置有加热装置，垫块2与加热装置之间设置有热电偶3，热电偶3用于测量加热装置的加热温度。
冷却装置为一冷却盒10，冷却盒10贴敷于石英腔7的腔体外表面，冷却盒10用于盛放冰块11，温度控制简便易行且成本低。本实施例中石英腔7上设置有一通孔，冷却盒10密封设置于通孔上，使冷却盒10更贴近石英腔7内的气体，更快的进行热能交换。
本实施例的热对流试验台具体工作过程如下：
实验前，绘制一张实验数据记录表，卸下冷却盒10，通过其下方的通孔向石英腔7内通入少量二氧化氮气体，接通加热丝5对石英腔7内右下角的气体进行加热，并通过热电偶3测量导热棒4的温度，同时在冷却盒10内放入冰块11，维持冷却盒10的温度为零摄氏度。通过第一压力探头9及第二压力探头5实时测量气体运动过程中产生的压力，用于标志对流强度。
保持电流源的电流不变，通过热电偶3测量导热棒4的温度并记录在实验数据记录表中，通过示踪气体观察气体对流特性，并记录第一压力探头9和第二压力探头5所受的压力，用于表征对流强度。连续地梯度增加电流源的电流，并记录导热棒4的温度，观察气体流动特性，记录第一压力探头9和第二压力探头5所受的压力。最终根据记录的导热棒4温度及第一压力探头9和第二压力探头5的压力，便可以根据实验数据记录表总结分析得出温度对对流强度的影响关系。
本实施例中将高低温度点设置在优化位置处，使得气体可以持续的被加热和冷却，最终形成稳定的对流运动，便于观察和测量。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种热对流试验台，其特征在于：包括下底座、石英腔和上平台，所述石英腔设置于所述底座上，所述上平台设置于所述石英腔上，所述石英腔内设置有压力探头，所述石英腔的腔体上设置有加热装置和冷却装置，所述石英腔用于容纳气体，所述加热装置和所述冷却装置能够使气体在所述石英腔内形成对流循环。
2.根据权利要求1所述的热对流试验台，其特征在于：所述石英腔的上腔体表面和所述石英腔的下腔体表面均向下倾斜设置。
3.根据权利要求2所述的热对流试验台，其特征在于：所述加热装置设置于所述石英腔的右下角，所述冷却装置设置于所述石英腔的左上角。
4.根据权利要求3所述的热对流试验台，其特征在于：所述压力探头为带显示屏的压力探头，且所述压力探头包括第一压力探头和第二压力探头，所述第一压力探头设置于所述石英腔的右上角，所述第二压力探头于所述石英腔的左下角。
5.根据权利要求1所述的热对流试验台，其特征在于：所述加热装置包括加热丝和导热棒，所述加热丝缠绕于所述导热棒上，所述加热丝位于所述下底座中，所述导热棒的一端伸入所述石英腔的腔体中。
6.根据权利要求5所述的热对流试验台，其特征在于：所述加热丝与一电流源连接，所述电流源能够调节加热电流的大小。
7.根据权利要求1所述的热对流试验台，其特征在于：所述冷却装置为一冷却盒，所述冷却盒贴敷于所述石英腔的腔体外表面，所述冷却盒用于盛放冰块。
8.根据权利要求7所述的热对流试验台，其特征在于：所述石英腔上设置有一通孔，所述冷却盒密封设置于所述通孔上。
9.根据权利要求1所述的热对流试验台，其特征在于：所述下底座上设置有一垫块，所述垫块为非导电材料，所述垫块上设置有加热装置。
10.根据权利要求9所述的热对流试验台，其特征在于：所述垫块与所述加热装置之间设置有热电偶，所述热电偶用于测量所述加热装置的加热温度。
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