CN101428200A - 液体中浸没的二维超声速气体射流实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体中浸没的二维超声速气体射流实验装置。将产生超声速气体射流的喷管组件浸没在盛有液体二维透明水槽的水槽侧板上；内开孔的喷管驻室的一端穿过水槽端侧板，在液体水槽内的喷管驻室口上装有缩放喷嘴，用密封圈密封，水槽侧板外侧用密封圈和紧固挡圈将喷管驻室密封，另一端的喷管驻室上装有驻室压力表安装件，另一端的喷管驻室口上装有电磁阀连接件。本发明是用限制气体射流在水槽宽度方向上的流动来形成二维的气体射流。该射流具有清晰上下气/液边界，在界面之中是单相的气体流动。配合各种光学可视化仪器，可以研究了解气体射流内的激波结构、气流对液体的卷吸和搅拌、气液界面的不稳定性等复杂的流体力学过程。

Description

液体中浸没的二维超声速气体射流实验装置

技术领域

本发明涉及实验装置，尤其是涉及一种液体中浸没的二维超声速气体射流实验装置。

背景技术

在液体中喷射气体的技术，可常见于工业的各领域。例如，在冶炼过程给高炉补充氧气和惰性气体。在污水处理和化工生产过程中，均需对污水和化工原料进行搅拌，使之混合均匀以加快污水处理和化工生产的过程，并使化工原料充分反应。现有的高压气体搅拌通常采用直管将高压气体亚音速地喷入液体中的方法，这种方法高压气体的利用率低、有效工作面积小，搅拌效果不够理想。在已公开的用于金矿精选的氰化浸出空气搅拌装置中，也是采用直管将气体送入液体(中国专利ZL02269311.4)。这样喷射气体的最大速度只能达到气体声速。

美国人发明的向液体供气的超声速相干气体射流(中国专利99106932.3)，是基于采用了缩放喷嘴产生超声速气体射流，保证了足够的气流穿透性。他们的侧重点和应用目的并不在气/液混合与搅拌上。另外，超声速气体射流已被成功地应用到了水下推进装置中。我们以前的研究已表明，超声速气体射流在液体中有着更好的搅拌及混合效果。但是，在大的液体空间中喷射的三维超声速气体射流的流场十分复杂，给科学研究工作带来较大的困难，例如，射流内部的激波结果就很难被观察到，气/液界面也很难被定量刻画。其原因之一，是因为出现了气体射流的三维的摆动。

发明内容

针对上述背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种液体中浸没的二维超声速气体射流实验装置，是利用二维水槽限制气体射流在水槽宽度方向上的发展，从而形成二维的气体射流。

本发明采用的技术方案是：

将产生超声速气体射流的喷管组件浸没在盛有液体二维透明水槽的水槽侧板上；所述喷管组件包括缩放喷嘴、两个密封圈、紧固挡圈、驻室压力表安装件、喷管驻室和电磁阀连接件；内开孔的喷管驻室的一端穿过水槽侧板，在液体水槽内的喷管驻室口上装有缩放喷嘴，用第一密封圈密封，水槽侧板外侧用第二密封圈和紧固挡圈将喷管驻室密封，另一端的喷管驻室上装有驻室压力表安装件，另一端的喷管驻室口上装有电磁阀连接件。

所述喷嘴孔的径向截面的几何形状，是圆形或矩形。

所述盛有液体二维透明水槽的宽度与缩放喷嘴的出口尺寸相同，或者是缩放喷嘴出口尺寸的2-5倍。

本发明具有的有益效果是：

本发明是用二维水槽限制气体射流在水槽宽度方向上的流动，从而形成二维的气体射流。该射流具有较清晰上下两个气/液边界，在这两个界面之中，是单相的气体流动。这样，配合使用各种光学可视化仪器，就可以研究了解气体射流内的激波结构、气流对液体的卷吸和搅拌、气液界面的不稳定性等复杂的流体力学过程。采用本发明可以清楚明了地研究出浸没超声速气体射流的流动特性。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是喷管组件的安装示意图。

图中：1、二维透明水槽，1.1、水槽侧板，2、喷管组件，2.1、缩放喷嘴，2.2、第一密封圈，2.3、第二密封圈，2.4、紧固挡圈，2.5驻室压力表安装件，2.6喷管驻室，2.7电磁阀连接件。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明将产生超声速气体射流的喷管组件2浸没在盛有液体二维透明水槽1的水槽侧板1.1上。喷管组件2可固定在水槽侧板1.1上，或由外部支架支撑在液体中。使用外部支架时，喷嘴可以向下、向上、水平或任意角度地布置。

所述喷管组件2包括缩放喷嘴2.1、两个密封圈2.2，2.3、紧固挡圈2.4、驻室压力表安装件2.5、喷管驻室2.6和电磁阀连接件2.7；内开孔的喷管驻室2.6的一端穿过水槽端侧板1.1，在液体水槽1内的喷管驻室2.6口上装有缩放喷嘴2.1，用第一密封圈2.2密封，水槽侧板1.1外侧用第二密封圈2.3和紧固挡圈2.4将喷管驻室2.6密封，另一端的喷管驻室2.6上装有驻室压力表安装件2.5，另一端的喷管驻室2.7口上装有电磁阀连接件2.7。

所述喷嘴孔的径向截面的几何形状，是圆形或矩形。

所述盛有液体二维透明水槽1的宽度与缩放喷嘴2.1的出口尺寸相同，或者是缩放喷嘴2.1出口尺寸的2-5倍。

如图1所示的实施例中，外部高压气体通过连接管路导入喷管组件2，在透明的盛有液体的二维透明水箱中，形成二维超声速气体射流。高压气体可由压气机或高压气瓶经稳压阀提供。配合使用各种光学可视化仪器，如高速摄影仪和纹影设备等，可以研究了解气体射流内的激波结构、气流对液体的卷吸和搅拌、气液界面的不稳定性等复杂的流体力学过程。

经上述方法用上述装置产生的气体的速度达到超声速。超声速气体射流在液体中一边膨胀，一边与液体发生强烈混合。在气体与液体接触的边界上形成剪切层，在剪切层里有无数漩涡加速液体的混合；另一方面，气体射流在超声速时产生斜激波或正激波，激波在气/液界面的作用下，使得气体射流产生周期性轴向振荡。例如，当射流马赫数M＝1.5～2.0时，振荡频率为5赫兹左右。气体射流的周期性振荡加速气体与液体的相互混合。供气量越大，混合越剧烈。而且，由于高压气体注入液体中，在液体中形成大量气泡，大量气泡上浮导致液体自由面大幅度地波动，促进气体射流在液体中的摆动，进一步加强上述漩涡、激波、气泡的作用，大幅度提高搅拌效果。

Claims (3)

1.一种液体中浸没的二维超声速气体射流实验装置，其特征在于：将产生超声速气体射流的喷管组件(2)浸没在盛有液体二维透明水槽(1)的水槽侧板(1.1)上；所述喷管组件(2)包括缩放喷嘴(2.1)、两个密封圈(2.2，2.3)、紧固挡圈(2.4)、驻室压力表安装件(2.5)、喷管驻室(2.6)和电磁阀连接件(2.7)；内开孔的喷管驻室(2.6)的一端穿过水槽侧板(1.1)，在液体水槽(1)内的喷管驻室(2.6)口上装有缩放喷嘴(2.1)，用第一密封圈(2.2)密封，水槽侧板(1.1)外侧用第二密封圈(2.3)和紧固挡圈(2.4)将喷管驻室(2.6)密封，另一端的喷管驻室(2.6)上装有驻室压力表安装件(2.5)，另一端的喷管驻室(2.7)口上装有电磁阀连接件(2.7)。

2、根据权利要求1所述的一种液体中浸没的二维超声速气体射流实验装置，其特征在于：所述喷嘴孔的径向截面的几何形状，是圆形或矩形。

3、根据权利要求1所述的一种液体中浸没的二维超声速气体射流实验装置，其特征在于：所述盛有液体二维透明水槽(1)的宽度与缩放喷嘴(2.1)的出口尺寸相同，或者是缩放喷嘴(2.1)出口尺寸的2-5倍。

Images