CN102620880B - 测量激波加载固定颗粒群非稳态力的传感器固定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量激波加载固定颗粒群非稳态力的传感器固定装置。包括底座和笼状支架；底座由底座上盖板和底座下盖板并用底座垫板连成一体；笼状支架包括：顶盖、底盖、四根连接杆和传感器螺纹连接环；等距分布四根连杆穿过固定底座上盖板后，将顶盖与位于底座上盖板下面的底盖固连成一体，压力传感器的一端穿过固定底座上盖板中心孔后直至底盖，通过传感器螺纹连接环在底座上盖板下端面锁紧，压力传感器的一端与底盖内孔间充有油液，压力传感器与高速数据采集系统相连。本发明可方便的测各种球阵模型所受激波作用的非稳态力，实现在激波加载固定颗粒群实验中压力传感器的固定。

Description

测量激波加载固定颗粒群非稳态力的传感器固定装置
技术领域
本发明涉及一种测量力的实验装置，尤其是涉及一种测量激波加载固定颗粒群非稳态力的传感器固定装置。
背景技术
超声速气相流场中的气固两相流现象在医疗、流体机械、环保和航空航天等多个领域中具有重要的应用，例如粉末药物的无针注射、燃气轮机叶栅中的固体颗粒冲蚀、热加工工艺中的超音速冷喷涂、粉末灭火、含尘燃气的超声速分离、再入式飞行器的表面冲击溶蚀模拟等。激波管是超声速气相流场的发生装置之一，其通道内部的流动形式为存在运动激波的非稳态气固两相流场，涉及气、固两相间以及固体颗粒间的相互作用等问题。对这类复杂的流动现象的研究，必须考虑多种动力学的相互作用，相关研究也具有显著的工程应用和学术价值。国内外虽然做过很多研究，但是都基本采用简化的单球阻力系数模型且简化带来的误差合理性也没有有效的实验验证，此外还有种种的不足。
针对这些不足我们设计了一套实验来研究,以便得出颗粒群阻力系数模型。在实验中需要在装载室内部固定颗粒群，因此按钢球的不同排布方式给钢球开小孔，并用高强度的细金属丝将若干球穿连，一起固定在壁面上均匀布置一定数量小孔的装载室内部。此处称固定的钢球颗粒群称为球阵模型。实验中需要利用动态压力传感器对球阵模型的非稳态受力直接测量，这是本实验的重点和难点，也涉及到所建立的颗粒群阻力系数模型能否客观的反映颗粒群受力和运动，然而如何利用动态压力传感器实现球阵模型所受非稳态力的测量是一个亟待解决的问题。 
发明内容
针对上述背景技术中所述的实验中存在的问题，本发明的目的在于提供一种测量激波加载固定颗粒群非稳态力的传感器固定装置。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
本发明包括底座和笼状支架两部分，其中：
1）底座包括：底座上盖板、底座垫板和底座下盖板；底座上盖板和底座下盖板间用底座垫板连成一体；
2）笼状支架包括：顶盖、底盖、四根连接杆和传感器螺纹连接环；等距分布四根连杆穿过固定底座上盖板后，将顶盖与位于底座上盖板下面的底盖固连成一体，压力传感器的一端穿过固定底座上盖板中心孔后直至底盖，通过传感器螺纹连接环在底座上盖板下端面锁紧，压力传感器的一端与底盖内孔间充有油液，压力传感器与高速数据采集系统相连。
本发明具有的有益效果是：
本发明固定好传感器后可以方便的测各种球阵模型所受激波作用的非稳态力，实现了在激波加载固定颗粒群实验中压力传感器的固定，可以对固定颗粒群所受非稳态力直接测量方便了开展以后的实验工作。
附图说明
图1是传感器固定装置的整体结构图。
图2是图1中笼状支架A的放大示意图。
图3是激波管实验的总体布置图。
图4是图1中底座上盖板1的俯视图。
图5是图1中底座垫板2的侧视图。
图6是图1中底座下盖板3的俯视图。
图7是图2中传感器螺纹连接环8的放大主视图。
图8、图9分别是图2中底盖5的主视图和俯视图。
图10是图2中顶盖4的俯视图。
图11是图3中固定夹18的结构图。
图中：1、底座上盖板，2、底座垫板，3、底座下盖板，4、顶盖，5、底盖，6、连接杆，7、压力传感器，8、传感器螺纹连接环，9、探头，10、试验段，11、高速数据采集系统，12、动态测力计，13、传感器固定装置，14、高压气瓶，15、被驱动段，16、铝制膜片固定处，17、驱动段， 18、固定夹，19、激波管台架，20、螺纹孔，21、等距分布的四个孔。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示，本发明包括：底座和笼状支架两部分，其中底座包括：底座上盖板1、底座垫板2和底座下盖板3，其中底座垫板2和底座下盖板3的结构如图5、图6所示；笼状支架包括：顶盖4、底盖5、连接杆6和传感器螺纹连接环8（其结构如图7所示），其中连接杆6是全螺纹的；四块底座垫板2的两侧都分别开有螺纹孔，底座上盖板1和底座下盖板3也分别对应的开有螺纹孔，将这三个部件用螺栓连接成整体；将压力传感器7旋紧到底座上盖板1中心的螺纹孔20里，如图4所示；然后将传感器螺纹连接环8旋到底座上盖板1下面的压力传感器7的螺纹段，然后四根全螺纹连接杆6穿过底座上盖板1的等距分布的四个孔21后，将顶盖4和底盖5连接成一体，并在底盖5的内环凸台与压力传感器7之间封有油液，其中底盖5的结构如图8、图9所示，顶盖4的结构如图10所示。然后将装配完成的装置安放到激波管的试验段10下方的台架上，并用四个固定夹18（其结构如图11所示）将装置底座下盖板3和激波管台架19固定在一起，如图3所示；将一根金属丝的始端穿过试验段10壁面上的小孔，将球阵模型固定在试验段10内部后，把金属丝末端打结固定于试验段10壁面上，而金属丝始端穿出试验段10壁面下方的小孔后，再穿过位于试验段10垂直下方的顶盖4中间的小孔，然后拉紧固定；而后将压力传感器7连接到高速数据采集系统11上，再将动态测力计12的探头直接接触球阵模型，如图3所示，此时给球阵模型一个动态的轴向力，动态测力计12和高速数据采集系统11会同时采集到信号，因为动态测力计12得到的是球阵模型的轴向受力信号，而高速数据采集系统11得到的是传感器的压力信号；如果得到的两种信号都以有坐标系的曲线形式表示，便可以通过对比这两条曲线而确定球阵模型所受的非稳态力与高速数据采集系统采集到的信号的关系，完成标定。
本发明主要用钢铁材料做成，其中传感器螺纹连接环、顶盖和底盖以及全螺纹连接杆用不锈钢材料制作。
实验中的具体应用：
接下来，便可以进行激波加载固定颗粒群的实验，完成对固定颗粒群所受激波作用的非稳态力的测量：
实验中所用到的激波管的结构如图3所示，15为被驱动段；17为驱动段； 10是激波管中的试验段，用有机玻璃管做成，便于观察，球阵模型便固定在试验段10的内部；16处夹固铝制膜片，将驱动段和被驱动段分隔开。将高压气瓶14中的氮气充到激波管的驱动段17，压强达到一定数值后破膜产生超音速气流并产生激波，球阵模型由于受到激波施加的非稳态力的作用而产生一定的轴向位移，同时拉紧高强度细金属丝，再通过装置拉紧笼状支架底盖5，使油液受到压紧力的作用，然后压力信号被传感器接收并输出到高速数据采集系统11上。根据已经标定好的球阵模型的受力与高速数据采集系统11采集到的信号的关系，便可以确定球阵模型所受到的非稳态力的大小。
用该方法直接测量颗粒的受力值，具有操作简单方便的优点。

Claims (1)

1.一种测量激波加载固定颗粒群非稳态力的传感器固定装置，其特征在于：包括底座和笼状支架两部分，其中：
1）底座包括：底座上盖板（1）、底座垫板（2）和底座下盖板（3）；底座上盖板（1）和底座下盖板（3）间用底座垫板（2）连成一体；
2）笼状支架包括：顶盖（4）、底盖（5）、四根连接杆（6）和传感器螺纹连接环（8）；等距分布四根连杆(6)穿过固定底座上盖板(1)后，将顶盖（4）与位于底座上盖板（1）下面的底盖（5）固连成一体，压力传感器（7）的一端穿过固定底座上盖板（1）中心孔后直至底盖（5），通过传感器螺纹连接环（8）在底座上盖板（1）下端面锁紧，压力传感器（7）的一端与底盖（5）内孔间充有油液，压力传感器（7）与高速数据采集系统（11）相连。
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