CN100362330C - 流体界面rt和rm不稳定性发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流体界面RT和RM不稳定性发生装置，该装置由管体组成，所述管体包括气体段和实验段，该气体段和实验段密封连接，其中气体段上端密封，实验段下端设有一隔膜。上述结构安装方便，结构紧凑，可以很方便快捷地实现流体界面的RT、RM两种方式的不稳定性模拟实验。

Description

流体界面RT和RM不稳定性发生装置
技术领域
本发明涉及一种流体界面不稳定性发生装置，属于流体力学研究领域。
背景技术
当由两层密度不同的流体组成的界面被突然加速时，该界面会产生挠动和不稳定性，对这一现象的研究不仅具有广泛的工业应用价值，而且在流体力学的基础研究上也有着重要的学术价值。这种不稳定性被称为Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性，例如，海洋的水面在重力作用下失稳。当这一界面被一激波加速时，此时的不稳定性被称为Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性，例如，惯性约束核聚变(ICF)。研究ICF时，必须知道激波通过高聚能炸药与核燃料之间的界面时的RM不稳定性过程。目前的流行做法是，用超级计算机进行数值模拟。然而，如何验证这些计算程序是必须解决的问题。采用高聚能炸药爆炸的方式，不仅试验耗资巨大，而且也很难采集到爆炸过程中所要记录的数据。用气/水界面进行RT和RM实验，可实现密度比为1000倍左右的不稳定性界面，可以一定程度上较接近ICF中的界面情况。然而，目前还没有出现能较好地实现上述模拟实验的装置。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现状，提供一种结构紧凑、使用方便、可使液柱瞬间加速的流体界面RT和RM不稳定性发生装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种流体界面RT不稳定性发生装置，该装置由管体及支架组成，所述管体包括气体段和实验段，该气体段和实验段密封连接，其中气体段上端密封，实验段下端设有一隔膜，所述支架上设有铰轴，所述实验段通过该铰轴活动铰接于该支架上。
一种流体界面RM不稳定性发生装置，该装置由管体及支架组成，所述管体包括气体段和实验段，该气体段和实验段密封连接，其中气体段上端密封，实验段下端设有一隔膜，气体段分为上下两段，上下两段之间通过法兰密封连接并在连接法兰处设置有一隔膜，通过该隔膜将气体段分为上部高压室和下部低压室，所述支架上设有铰轴，所述实验段通过该铰轴活动铰接于该支架上。
进一步，所述实验段下端密封连接有排放段，该排放段下端密封。
进一步，所述实验段的两端分别通过法兰与所述气体段和排放段密封连接。
进一步，所述实验段下端设置的隔膜上放置一薄板，该薄板的形状与所述实验段的截面形状相同，其大小略小于该实验段内壁的截面。
进一步，所述支架上端设有一面板，面板上设有与所述高压室截面形状相同的孔，所述高压室上端带有外螺纹并穿过所述面板上的孔伸出，垫片和调节螺母套置其上。
进一步，在所述实验段上设有观察窗。
进一步，所述低压室和实验段截面形状为方形。
进一步，所述高压室侧壁上安装有进气阀和压力表。
采用上述结构后，由于本发明的不稳定性发生装置包括支架、气体段、实验段，各段之间由法兰密封连接，安装方便，结构紧凑，可方便地实现模拟实验；另一方面，由于气体段由法兰连接的两段组成，两段之间可以直接连通或由隔膜分为两室，因此，可以很方便快捷地实现流体界面的RT、RM两种方式的不稳定性模拟实验。另外，由于排放段为密闭容器，更可降低液柱高速下落排放时产生的噪音。而高压室上端的调节螺母和实验段侧边连接的铰轴均可使本装置安装使用时更加方便省力。低压室和实验段选择不同的形状，即可实现截面形状不同的流体界面RT和RM不稳定性模拟实验。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明面板的俯视图。
具体实施方式：
下面结合附图进一步说明本发明。
如图1所示，本发明由支架1和管体组成，所述管体包括气体段2、实验段3、排放段4三部分。
支架1为具有一定刚性的金属架，其上端设有一面板11，如图2所示，面板上设有孔12，孔12的形状与所述气体段2的截面形状相同，该支架中下部设有铰轴13。
气体段2分为上下两段，上段为高压室21、下段为低压室22，高压室21为内腔为圆形的封闭管体，上端带有外螺纹并穿过上述孔12伸出，垫片14套置其上并与面板11相固定，然后再将调节螺母24套置其上，通过调节螺母24可调节高压室21的上下位移；低压室22为截面为方形的管体，高压室与低压室之间通过法兰211、221进行密封连接，该两法兰之间通过O形圈密封放置一隔膜23将上下两室分开，该隔膜23为能承受一定压力的铝箔或聚乙烯薄膜，其厚度视高压室21的压力而定；旋转调节螺母24，可使高压室21上移，在两法兰211、221之间装入隔膜23及密封圈，再使高压室21下移，并通过螺钉将两法兰固定，或视情况不放入隔膜而直接将两法兰用螺钉固定，使高压室21与低压室22相通。高压室21的侧壁上还分别安装有进气阀25和压力表26，通过进气阀25可连接不同种类的高压气体。
实验段3为截面为方形的管体，其上端通过用螺钉固定的两法兰31、222与气体段2密封连接，下端也通过用螺钉固定的两法兰连接排放段4，该两法兰之间通过O形圈密封一隔膜6，该隔膜6为能承受一定压力的铝箔或聚乙烯薄膜，隔膜6上放置一薄板7，薄板7的形状与实验段3的截面形状相同，其大小略小于实验段3内壁的截面，在压力作用下，可沿实验段3的内壁无摩擦地下滑。实验段3一侧边通过铰轴13活动铰接于支架1上，使得实验段3可绕铰轴13转动，另外，在实验段3的任一侧边设置有观察窗32。卸下固定法兰31、222的螺钉，使该两法兰相对松开，使实验段3绕铰轴13转动一定角度，在垂直方向上与低压室22错开，即可从实验段3的上端口放入薄板7并注入实验所用液体，然后再将实验段3旋转归位，并将两法兰31、221固定。
排放段4可为一敞开管体，然而，当大体积的液柱高速下落时会产生巨大的噪音，为降低噪音，将该管体设置为下端密闭的管体。
截面形状不同的液柱高速下落时产生的挠动不同，为满足不同情况下的研究需要，上述低压室22和实验段3还可设为截面为圆形或椭圆形的管体。该模拟装置可进行50标准大气压下的模拟实验，因此上述各部分管体均由能承受大于50标准大气压的材料制成。
在实验过程中，打开进气阀25，使高压气体进入高压段21，这时低压室22内的气体压力保持在1大气压，当压力表26显示压力到达设定值时，关闭阀门。在高压气体作用下，高压室与低压室之间的隔膜23被压破，高压气体向下冲击，产生激波作用在实验段3内的液柱上，在冲击压力作用下隔膜6被瞬态压破液柱高速下落，在观察窗32上放置高速摄影机，拍摄在激波作用下液柱高速下落时在液柱表面所产生的挠动以进行研究。因隔膜6上放置有薄板7，使液柱在下落过程中下底面保持水平，更能满足模拟实验的需要。高速下落的液柱、压破的隔膜及薄板一起落入排放段4中，流体界面RM不稳定性发生过程的模拟实验结束。
若在上述实验过程中，在法兰211、221之间不设置隔膜23，即使高压室21与低压室22相通，打开进气阀25，使高压气体进入气体段2，当压力表26显示压力到达设定值时，关闭阀门。准静态高压气体作用在实验段3内的液柱上，在不断增加的气体压力作用下，隔膜6被突然压破液柱高速下落，在观察窗32上放置高速摄影机，拍摄液柱高速下落时在液柱表面所产生的挠动以进行研究，即可实现流体界面RT不稳定性发生过程的模拟实验。

Claims (16)

1.一种流体界面RT不稳定性发生装置，其特征在于：该装置由管体及支架组成，所述管体包括气体段和实验段，该气体段和实验段密封连接，其中气体段上端密封，实验段下端设有一隔膜，所述支架上设有铰轴，所述实验段通过该铰轴活动铰接于该支架上。
2.如权利要求1所述的流体界面RT不稳定性发生装置，其特征在于：所述实验段下端密封连接有排放段，该排放段下端密封。
3.如权利要求2所述的流体界面RT不稳定性发生装置，其特征在于：所述实验段的两端分别通过法兰与所述气体段和排放段密封连接。
4.如权利要求3所述的流体界面RT不稳定性发生装置，其特征在于：所述隔膜上放置一薄板，该薄板的形状与所述实验段的截面形状相同，其大小略小于该实验段内壁的截面。
5.如权利要求4所述的流体界面RT不稳定性发生装置，其特征在于：所述支架上端设有一面板，面板上设有与所述高压室截面形状相同的孔，所述高压室上端带有外螺纹并穿过所述面板上的孔伸出，垫片和调节螺母套置其上。
6.如权利要求5所述的流体界面RT不稳定性发生装置，其特征在于：在所述实验段上设有观察窗。
7.如权利要求6所述的流体界面RT不稳定性发生装置，其特征在于：所述低压室和实验段截面形状为方形。
8.如权利要求7所述的流体界面RT不稳定性发生装置，其特征在于：所述高压室侧壁上安装有进气阀和压力表。
9.一种流体界面RM不稳定性发生装置，其特征在于：该装置由管体及支架组成，所述管体包括气体段和实验段，该气体段和实验段密封连接，其中气体段上端密封，实验段下端设有一隔膜，气体段分为上下两段，上下两段之间通过法兰密封连接并在连接法兰处设置有一隔膜，通过该隔膜将气体段分为上部高压室和下部低压室，所述支架上设有铰轴，所述实验段通过该铰轴活动铰接于该支架上。
10.如权利要求9所述的流体界面RM不稳定性发生装置，其特征在于：所述实验段下端密封连接有排放段，该排放段下端密封。
11.如权利要求10所述的流体界面RM不稳定性发生装置，其特征在于：所述实验段的两端分别通过法兰与所述气体段和排放段密封连接。
12.如权利要求11所述的流体界面RM不稳定性发生装置，其特征在于：所述实验段下端设置的隔膜上放置一薄板，该薄板的形状与实验段的截面形状相同，其大小略小于实验段内壁的截面。
13.如权利要求12所述的流体界面RM不稳定性发生装置，其特征在于：所述支架上端设有一面板，面板上设有与所述高压室截面形状相同的孔，所述高压室上端带有外螺纹并穿过所述面板上的孔伸出，垫片和调节螺母套置其上。
14.如权利要求13所述的流体界面RM不稳定性发生装置，其特征在于：在所述实验段上设有观察窗。
15.如权利要求14所述的流体界面RM不稳定性发生装置，其特征在于：所述低压室和实验段截面形状为方形。
16.如权利要求15所述的流体界面RM不稳定性发生装置，其特征在于：所述高压室侧壁上安装有进气阀和压力表。
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