一、概述
该设备为传热学相变换热方向核心教学实验设备，主要面向本科传热学、热工基础、工程热物理等课程教学、工程实训以及基础科研，可系统完成大容器饱和沸腾现象观测、核态沸腾换热系数测定、沸腾曲线绘制、临界热流密度探究等核心相变传热实验项目机械与动力。
设备核心用于测定不同热负荷工况下加热壁面温度、工质饱和温度、热流密度、沸腾换热系数等关键相变传热参数，直观探究大容器条件下自然对流沸腾、核态沸腾的变化规律，理解沸腾换热的物理机理。装置配置透明可视化沸腾腔体，可直接观测气泡生成、长大、脱离、合并的完整动态过程，呈现孤立汽泡、汽泡柱等不同沸腾形态，帮助学生建立沸腾相变换热的感性认知，理解沸腾换热与单相导热、对流换热的本质差异。
同时，装置支持实验数据实时采集与动态记录，可完成不同热负荷工况数据对比、实验误差分析等实训内容，可支撑学生开展沸腾换热特性探究、换热表面性能分析、相变工况模拟等创新实训与毕业设计科研实验。设备适配高校能源与动力工程、新能源科学与工程、暖通、建筑环境、机械等专业的相变传热实验教学需求，夯实学生相变传热理论基础，提升相变参数测试、实验数据处理与沸腾工况分析的工程实践能力。
二、什么是换热器实验设备
1.定义
TH111沸腾换热实验模块是基于《传热学》中沸腾换热的基本知识，本产品可进行研究对流沸腾、核态沸腾、膜态沸腾等原理和过程实验，实验中涉及温度、压力等基本量的测量。
2. 组成结构
设备的主体为一个透明的有机玻璃容器，容器的底部为电加热装置，顶部为水冷装置，容器的底部放有一定量的低沸点有机溶剂，配套恒温水浴以提供冷却水，通过TH100传热学基本实验台测量相关实验参数。
3. 工作原理
大容器沸腾换热遵循牛顿冷却换热公式：
大容器沸腾分为多个典型阶段：当壁面过热度较小时，仅发生自然对流换热；过热度提升达到起始沸腾点，加热面汽化核心产生气泡，进入核态沸腾阶段，气泡不断生成、长大并脱离壁面，换热能力大幅提升；继续增大热负荷，会达到临界热流密度；热负荷进一步升高，壁面被连续蒸汽膜覆盖，转为膜态沸腾，换热系数急剧下降，壁温快速飙升，极易造成加热试件损坏，教学实验重点开展安全范围内的核态沸腾实验研究。
实验中通过电源输出功率计算试件总加热量，扣除少量散热损失得到试件表面有效热流密度；通过热电偶测得试件内部温度，结合固体导热计算获得外壁实际壁温；结合工质饱和温度，计算得到沸腾换热系数。逐级改变加热热负荷，采集多组稳态工况数据，即可绘制经典大容器沸腾曲线，探究热流密度与壁面过热度之间的变化规律。
三、主要实验项目
| 实验项目 | 教学目标 | 测量参数或其他 |
| 大容器饱和沸腾现象可视化观测 | 1. 直观认识大容器沸腾不同阶段物理现象，区分自然对流沸腾、核态沸腾特征；2. 观察气泡生成、长大、脱离、合并全过程，理解汽化核心作用；3. 建立相变沸腾换热的感性认知。 | 加热功率、试件温度、工质饱和温度，可视化气泡形态 |
| 核态沸腾换热系数测定与沸腾曲线绘制 | 1. 掌握大容器沸腾换热基本理论与牛顿冷却公式在相变换热中的应用；2. 掌握沸腾换热系数计算方法；3. 采集多组工况数据，绘制大容器沸腾 q‑Δt 特性曲线；4. 分析热流密度与壁面过热度的变化关系。 | 电压、电流、加热功率、壁面温度、液体饱和温度、壁面过热度、热流密度、换热系数 |
四、技术参数
| 参数名称 | 技术指标 |
| 工作温度 | 0℃≤温度≤45℃ |
| 工作湿度 | 相对湿度≤85% |
| 工作电源 | 单相三线，220V±5%，50Hz |
| 热电偶 | 8个T型热电偶 |
| 分辨率0.1℃ | |
| 压力传感器 | -1~2.4bar,分辨率0.1bar |
| 冷却水流量计 | 0~5L/min |
| 换热面积 | 0.0009m2 |
| 玻璃室尺寸 | φ80*300mm |
| 冷凝器面积 | 约0.0714m2 |
| 工质 | R1233zd |
| 恒温水浴 | 1个，容积 6L |
| 真空泵 | 1.5L/s，单级泵 |
| 实验台尺寸(L*W*H) | 270mm*540mm*660mm |
五、适用专业与课程
线性导热实验设备适用于哪些专业
- 能源与动力工程
- 新能源科学与工程
- 土木工程
- 建筑环境与能源应用工程
线性导热实验设备适用于哪些课程
- – 传热学
- – 热工基础
- – 工程热物理基础
- – 能源动力专业综合实验
六、设备优势
一、教学适配度高，贴合高校课标体系
本装置精准对标本科《传热学》相变换热章节教学大纲，完整覆盖大容器沸腾现象观测、核态沸腾换热系数测定、沸腾曲线绘制等必做实验项目。设备工况严格匹配教材经典池沸腾理论模型，聚焦相变换热核心知识点，规避危险的膜态沸腾超温风险，可完美支撑能源动力、暖通、机械等多专业基础实验教学。同时适配课内实验、课程实训、课程设计等多元教学场景，适配常规教学课时节奏，解决传统教学中沸腾相变只讲理论、缺少直观实验演示的痛点，完善热工相变实验教学体系。
二、可视化效果突出，兼顾教学演示与基础科研
设备采用全透明耐热玻璃沸腾腔体，学生可以直接肉眼观察不同热负荷下气泡的全部演化过程，把抽象相变理论转化为直观可见实验现象。搭载高精度多路传感检测与智能数据采集系统，电压、电流、多通道温度参数采集稳定可靠，实验数据重复性高。设备参数精度既可以满足本科常规教学实验，同时支持本科生创新项目、毕业设计、基础相变科研的数据采集需求，实现 “课堂教学 + 科创科研” 一机两用。
三、多重安全防护，模块化设计降低运维压力
设备采用一体化模块化集成设计，结构紧凑规整，硬件稳定性强，适配高校实验室长期高频次开课使用。整机配备过流保护、过热切断、超温报警多重安全防护，当温度接近危险膜态沸腾区间自动限制功率输出，避免加热试件烧毁，全方位保障师生操作安全。试件拆装更换便捷，配件通用易购，日常维护简单，不需要专人高频值守保养，有效降低高校实验室人力与物资运维成本，适配高校实验室轻量化管理需求。
四、配套教学资源完善，助力课程落地
设备配套完整教学资源包，包含标准化实验指导书、授课课件、实验数据处理 Excel 模板，降低教师备课授课难度。支持实验数据实时记录、沸腾曲线自动生成，适配智慧实验室、信息化实验考核要求。厂家配套免费上门安装调试、师资操作培训、全周期质保维保服务，助力高校快速完成相变传热实验课程落地与实验室升级改造，适配高校 “岗课赛证” 融合教学发展需求。
七、常见问题| FAQ
Q1：沸腾实验会不会出现干烧、试件烧毁，设备安全防护怎么做？长期使用故障率怎么样？
A2：设备内置多重安全防护机制：过热保护、过流断电、超温功率限制，当检测到温度趋近膜态沸腾危险区间，设备会自动限制加热输出，规避试件过热烧毁、干烧等风险。设备模块化集成，结构稳固，适合实验室高频次开课使用，故障率低；加热试件属于易损耗件，配件标准化通用，更换简单，整体运维成本低。
Q2：学生可以做哪些实验？
A：大容器饱和沸腾现象可视化观测实验、核态沸腾换热系数测定与沸腾曲线绘制实验。