喷雾冷却传热综合实验教学平台的构建
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图１ 喷雾冷却系统 流程 图
摘要 ：为实现科研 与教 学的融合 ，构建 了喷 雾冷却传热综合实验 教学平台。该平台由喷 雾冷却 系统和数据
采集系统构成 ，能实现 演示性 、验证性和创新性三 个层 次的教 学 目标。以水喷雾冷却光滑热表面为例 。介绍 了
所 需仪 器 、实验 过 程 、数 据 处理 方 法 喷 雾冷 却 传 热 实验 可 加 深 学 生 对 强 化 传 热 知 识 的 理 解 ，提 升 学 生的 实践
调节闲 流堂计
算机
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一 、 喷 雾 冷 却传 热 实 验教 学 平 台 建 设 方 案 实验教学平 台是通过 喷雾冷却热表 面的方式 ，研 究强化对流传热 的原理 、方法以及影响 对流传热 的因 素 。整体式实验件 、保温腔体 、加热系统 、喷雾冷却系统 和数据 采集 系统组合而成的喷雾冷却传热实验教学平 台（图１），可以使学生学习实验系统的搭建过程 ，掌握相 关仪器的选型和操作 ．分析强化传热的途径 、方法等。
２．喷雾冷却 系统。喷雾 系统包括水槽 、水箱 、泵 、流 量计 、调节 阀和喷嘴 。实验 中，水泵抽取冷水箱 中的冷 水 ，经 由转 子流量计 、调节 阀 、喷嘴对实验件 进行喷雾 冷却 ，吸热后 的热水 回流水槽 ，接着进入热水箱 。喷嘴 选 用 微 细 压 力 雾 化 喷 嘴 （ＨＡＧＯ 公 司 ， １／４ＦＢ—ＳＳ＋ＦＮ０．７５和 １／４Ｔｒ－ＳＳ＋ＴＧＯ．３），其具 有雾化角 小 、流量分 布均匀 、流量小 的特点 ，可 满足 实验要 求 。 水泵 选用 的是南 京 欧瑞克 公 司的ＭＧ２０４ｘＩ＜／Ｄｃ２４ｗ１ 磁力齿 轮泵 ，其具有 压力高 、流量 低 、易调节 （外接 调 速控制器调转速 、控 流量 ）的优势 ，以满足实验 喷雾 工 况的变化 。
教 育教 学论 坛
ＥＤＵＣＡＴＩＯＮ ＴＥＡＣＨＩＮＧ ＦＯＲＵＭ
ＪＵｎ． ２Ｏｌ８ Ｎ０．２３
１．整体式实验件 。如 图２所示 ，整体式 实验件为紫 铜 材料 ，由底部基 座 、顶部测试段 和中间过渡段 构成 ， 总高度为 １２０ｒａｍ。底部基座为圆柱体 ，直径 、高度分别 为５５ｒａｍ、８０ｍｍ；沿底 部掏空 出９个 直径 １０ｍｍ、高度 ７５ｒａｍ的热源孑Ｌ，用于放置 电加热棒 。顶部测试段也是 圆柱体 ，直径 、高度 分别 为 １５ｒ ａｍ、２５ｍｍ；从 上 表 面 向 下５ｒａｍ、１２．５ｒａｍ、２０ｒ ａｍ的三个 截面处 ，沿着周 向开设８ 个直径 ｌｍｍ：深度３．５ｒ ａｍ的测孔 ，用于埋设热 电偶 。
２０１８ 年 ６ 月 第 ２３ 期
【实验平 台】
教 育教 学论 坛
ＥＤＵＣＡＴＩＯＮ ＴＥＡＣＨＩＮＧ ＦＯＲＵＭ
Ｊｕｎ． ２Ｏ１８ Ｎ０．２３
喷雾冷却传热综 合实验教学平 台的构建
张 伟 ，亓 航 ，孙 晓明 （中国石油大学 （华东 ）储运 与建筑 工程学院 ，山东 青 岛 ２６６５８０）
上 述实验件 的上 表面是受喷雾 冲击 、被冷却 的表 面 ，当底 部加热 与上部 冷却 相平衡 时 ，实验 件温度 分 布稳定 。通过处理采集 到的温度 ，可 以得到喷雾 冷却 传热特性 。上表面可 以是光 滑表面 ，也 可以是微结构 表 面。不 同的传热 表面结构呈 现出不同的传 热性能圈， 通过更换 整体式实验件 ，可进 行微结构表 面强化 喷雾 冷却 传热 研究 ，这也 为学生 自主 创新 实验奠 定 了基 础 。
图２ 整 体 式 实 验 件 示 意 图
收 稿 日期 ：２０１７－１０—１８ 基金项 目：中国石油大学（华东 ）教学研 究与改革项 目（ＪＹ—Ａ２０１４１８） 作者简 介：张伟（１９７８一），男 （汉族 ），黑龙江龙江人 ，副教授 ，博士 ，主要从事强化传热教学与科研
一 ２６９—
２Ｏ１８年 ６月 第 ２３期
３．力日热系统 。加热系统产生热量 ，使整体式实验件 升温 ，模拟 电子发 热器件 。交流 电源 、调压器 、电加热 棒 、整 体式实验 件 、腔体 、保 温材料 等组 成加 热系统 ， 将 电加热棒 （９只 ，功率 为２００Ｗ）嵌 入整体式 实验件 热 源孔 中 ，调节调 压器输 出指定 的加 热功率 ，匹配喷 雾 冷却 能力 ，以实现设计 的实验工况 。整体 式实验件 放 置 于腔体 中 ，两者 间 隙填满保 温材 料 ，以减小 热量损 失 ，保证热量 向上传 递。
动手 能 力 ，激 发 学 生的 创 新 意 识 ，并在 多元 化 创 新 型 人 才 的 培 养 中发 挥 了 重要 作 用
关键词 ：喷 雾冷却 ；传热特性 ；实验教 学；实验平 台
中图 分 类 号 ：Ｇ６４２．０
文 献 标 志 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１６７４—９３２４（２【）１８）２３一（）２６９一（）３
目前 ，我校能源与动力Ｔ程专业学生 对对流传热 、 强化传热等知识 的学 习主要是通过专业基础课 “传热 学”和专业选修课 “换 热器原理 与设计 ”。在这两 门课 巾，教师仅讲授一些基本理论知识 ，未涉及实验教学内 容。而实验教学在培养学生实践能力 、创新能力 中发挥 了不可 替代的作用１１，２一。因此 ，构建综合性 的实验教学平 台十分必要 ，这不仅能帮助学生更好地掌握课程知识 ， 更为重要的是 为学生提供了一个施展平 台，有利于学 生 自主学习和探索研究 ，是实施多元化创新型人才培 养模式 的有效 保障 １３１。为 了更好地实践 中国石 油大学 （华东 ）提 的“三 ｉ”本科培养体 系１４１，本着鼓 励本科 生多参 卜ｊ教师科研的精神 ，笔者结合 自身 的研究方向 ， 构建了喷雾冷却传热综合实验教学平台。
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图１ 喷雾冷却系统 流程 图
摘要 ：为实现科研 与教 学的融合 ，构建 了喷 雾冷却传热综合实验 教学平台。该平台由喷 雾冷却 系统和数据
采集系统构成 ，能实现 演示性 、验证性和创新性三 个层 次的教 学 目标。以水喷雾冷却光滑热表面为例 。介绍 了
所 需仪 器 、实验 过 程 、数 据 处理 方 法 喷 雾冷 却 传 热 实验 可 加 深 学 生 对 强 化 传 热 知 识 的 理 解 ，提 升 学 生的 实践
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一 、 喷 雾 冷 却传 热 实 验教 学 平 台 建 设 方 案 实验教学平 台是通过 喷雾冷却热表 面的方式 ，研 究强化对流传热 的原理 、方法以及影响 对流传热 的因 素 。整体式实验件 、保温腔体 、加热系统 、喷雾冷却系统 和数据 采集 系统组合而成的喷雾冷却传热实验教学平 台（图１），可以使学生学习实验系统的搭建过程 ，掌握相 关仪器的选型和操作 ．分析强化传热的途径 、方法等。
２．喷雾冷却 系统。喷雾 系统包括水槽 、水箱 、泵 、流 量计 、调节 阀和喷嘴 。实验 中，水泵抽取冷水箱 中的冷 水 ，经 由转 子流量计 、调节 阀 、喷嘴对实验件 进行喷雾 冷却 ，吸热后 的热水 回流水槽 ，接着进入热水箱 。喷嘴 选 用 微 细 压 力 雾 化 喷 嘴 （ＨＡＧＯ 公 司 ， １／４ＦＢ—ＳＳ＋ＦＮ０．７５和 １／４Ｔｒ－ＳＳ＋ＴＧＯ．３），其具 有雾化角 小 、流量分 布均匀 、流量小 的特点 ，可 满足 实验要 求 。 水泵 选用 的是南 京 欧瑞克 公 司的ＭＧ２０４ｘＩ＜／Ｄｃ２４ｗ１ 磁力齿 轮泵 ，其具有 压力高 、流量 低 、易调节 （外接 调 速控制器调转速 、控 流量 ）的优势 ，以满足实验 喷雾 工 况的变化 。
教 育教 学论 坛
ＥＤＵＣＡＴＩＯＮ ＴＥＡＣＨＩＮＧ ＦＯＲＵＭ
ＪＵｎ． ２Ｏｌ８ Ｎ０．２３
１．整体式实验件 。如 图２所示 ，整体式 实验件为紫 铜 材料 ，由底部基 座 、顶部测试段 和中间过渡段 构成 ， 总高度为 １２０ｒａｍ。底部基座为圆柱体 ，直径 、高度分别 为５５ｒａｍ、８０ｍｍ；沿底 部掏空 出９个 直径 １０ｍｍ、高度 ７５ｒａｍ的热源孑Ｌ，用于放置 电加热棒 。顶部测试段也是 圆柱体 ，直径 、高度 分别 为 １５ｒ ａｍ、２５ｍｍ；从 上 表 面 向 下５ｒａｍ、１２．５ｒａｍ、２０ｒ ａｍ的三个 截面处 ，沿着周 向开设８ 个直径 ｌｍｍ：深度３．５ｒ ａｍ的测孔 ，用于埋设热 电偶 。
２０１８ 年 ６ 月 第 ２３ 期
【实验平 台】
教 育教 学论 坛
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喷雾冷却传热综 合实验教学平 台的构建
张 伟 ，亓 航 ，孙 晓明 （中国石油大学 （华东 ）储运 与建筑 工程学院 ，山东 青 岛 ２６６５８０）
上 述实验件 的上 表面是受喷雾 冲击 、被冷却 的表 面 ，当底 部加热 与上部 冷却 相平衡 时 ，实验 件温度 分 布稳定 。通过处理采集 到的温度 ，可 以得到喷雾 冷却 传热特性 。上表面可 以是光 滑表面 ，也 可以是微结构 表 面。不 同的传热 表面结构呈 现出不同的传 热性能圈， 通过更换 整体式实验件 ，可进 行微结构表 面强化 喷雾 冷却 传热 研究 ，这也 为学生 自主 创新 实验奠 定 了基 础 。
图２ 整 体 式 实 验 件 示 意 图
收 稿 日期 ：２０１７－１０—１８ 基金项 目：中国石油大学（华东 ）教学研 究与改革项 目（ＪＹ—Ａ２０１４１８） 作者简 介：张伟（１９７８一），男 （汉族 ），黑龙江龙江人 ，副教授 ，博士 ，主要从事强化传热教学与科研
一 ２６９—
２Ｏ１８年 ６月 第 ２３期
３．力日热系统 。加热系统产生热量 ，使整体式实验件 升温 ，模拟 电子发 热器件 。交流 电源 、调压器 、电加热 棒 、整 体式实验 件 、腔体 、保 温材料 等组 成加 热系统 ， 将 电加热棒 （９只 ，功率 为２００Ｗ）嵌 入整体式 实验件 热 源孔 中 ，调节调 压器输 出指定 的加 热功率 ，匹配喷 雾 冷却 能力 ，以实现设计 的实验工况 。整体 式实验件 放 置 于腔体 中 ，两者 间 隙填满保 温材 料 ，以减小 热量损 失 ，保证热量 向上传 递。
动手 能 力 ，激 发 学 生的 创 新 意 识 ，并在 多元 化 创 新 型 人 才 的 培 养 中发 挥 了 重要 作 用
关键词 ：喷 雾冷却 ；传热特性 ；实验教 学；实验平 台
中图 分 类 号 ：Ｇ６４２．０
文 献 标 志 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１６７４—９３２４（２【）１８）２３一（）２６９一（）３
目前 ，我校能源与动力Ｔ程专业学生 对对流传热 、 强化传热等知识 的学 习主要是通过专业基础课 “传热 学”和专业选修课 “换 热器原理 与设计 ”。在这两 门课 巾，教师仅讲授一些基本理论知识 ，未涉及实验教学内 容。而实验教学在培养学生实践能力 、创新能力 中发挥 了不可 替代的作用１１，２一。因此 ，构建综合性 的实验教学平 台十分必要 ，这不仅能帮助学生更好地掌握课程知识 ， 更为重要的是 为学生提供了一个施展平 台，有利于学 生 自主学习和探索研究 ，是实施多元化创新型人才培 养模式 的有效 保障 １３１。为 了更好地实践 中国石 油大学 （华东 ）提 的“三 ｉ”本科培养体 系１４１，本着鼓 励本科 生多参 卜ｊ教师科研的精神 ，笔者结合 自身 的研究方向 ， 构建了喷雾冷却传热综合实验教学平台。