CN103018018A

CN103018018A - 雾化机理研究试验平台

Info

Publication number: CN103018018A
Application number: CN2012104830549A
Authority: CN
Inventors: 吴里银; 李清廉; 刘娟; 席文雄
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-11-23
Also published as: CN103018018B

Abstract

本发明提供了一种雾化机理研究试验平台，包括弥散喷雾抽吸机构，弥散喷雾抽吸机构包括：收集装置，具有容纳腔；抽吸装置，与收集装置相连通。本发明的雾化机理研究试验平台，包括弥散喷雾抽吸机构，该机构包括与抽吸装置相连通的收集装置。试验中产生的雾气通过进行抽吸的抽吸装置从收集装置中吸走，试验中产生的液体流入收集装置并排走。解决了因为弥散喷雾过多而造成的雾化测量仪器测量精度低甚至无法使用的问题，达到了弥散喷雾少、仪器测量精度高的效果。

Description

雾化机理研究试验平台

技术领域

本发明涉及一种雾化机理研究试验平台。

背景技术

火箭作为目前航天领域最主要的搭载平台，其发动机是核心，发动机质量占总质量80%以上，发动机通过燃烧完成化学能向机械能的转变，使发动机产生推力。提高发动机性能是火箭发动机问世以来持续的研究课题，喷注器雾化质量研究是发动机性能研究的根本，提高推进剂的雾化质量有利于组织燃烧和提高燃烧效率，进而提升发动机性能。

目前，国内外关于雾化研究的见刊文献很多，主要研究方法包括仿真、试验和理论分析，由于雾化机理复杂，理论分析难度大，雾化理论模型通用性不强，所以试验仍是目前雾化研究的主要方法。早在20世纪初，人们就开始了大量的喷嘴雾化性能试验研究，研究参数涉及喷嘴构型、喷嘴几何尺寸、工作参数、喷射介质物性等，研究涉及的雾化性能表征参数主要包括雾化锥角、破碎长度、雾化液滴大小、液滴分布、喷雾场速度分布等。Castleman最早提出空气动力干扰说，他用水做实验，研究射流在高速气流中的雾化，Raleigh通过研究射流雾化，提出扰动波波长近似等于射流直径的4.5倍，Taylor通过试验方法验证了Raleigh说法的正确性，Ralje和Larson通过研究了射流破碎后生成的液滴情况。随着雾化研究的发展，人们不断尝试新的喷嘴结构和结构参数对喷雾场进行研究，Lee对直流式喷嘴做了一系列试验，研究各种长度长度/直径比、射流速度、空气密度对雾化效果的影响。Moor、Heidmann、Taylor、Ingebo进行大量的撞击式喷嘴试验研究，从喷射介质物性、撞击方式、射流直径、速度、撞击角等多方面研究喷嘴雾化质量。Rizk用水和空气作介质，研究旋流式喷嘴初始液膜厚度对喷雾性能的影响。20世纪80年代后期，研究者们进行了大量的气泡雾化喷嘴研究，通过实验，Lefebvre、Li、Roesler、刘联胜、顾善建等人对气泡雾化喷嘴的结构尺寸、混合方式、压降、喷孔尺寸、混合腔尺寸、介质物性等进行了充分研究，力求提高气泡雾化喷嘴性能。随着光学技术的发展，雾化测量设备不断更新换代，也推动了雾化试验研究的发展。高速摄影仪、超高速摄影仪、PDPA、纹影仪、激光粒度测量仪器、激光显微、激光全息、PIV等大量先进设备用于开展雾化试验研究。

综上所述，目前雾化研究主要涉及问题及对试验平台要求如下：

1、喷雾试验中常见的“雾气缭绕”现象，造成的雾化测量仪器测量精度低；

2、没有专业的试验平台用于雾化机理研究；

3、研究介质涉及多种不同物性的气体和液体，喷前工况参数可调节。要求试验平台有相应的介质供应能力；

4、研究涉及喷嘴类型多样。喷嘴包括直流式喷嘴、离心式喷嘴、旋流式喷嘴、气泡雾化喷嘴等不同喷嘴类型，要求试验平台能够提供不同构型喷嘴的安装；

5、研究涉及喷嘴尺寸多样。为了研究雾化特性，喷嘴常常安装在特定的喷嘴夹具里进行试验，不同尺寸喷嘴所需的夹具或相同或不同，要求试验平台提供方便的喷嘴更换或夹具更换；

6、喷雾场研究位置不同。研究者往往取喷雾场中大量的点进行研究，要求试验平台能够提供基本的可移动功能；

7、雾化测量设备多样。雾化测量设备包括高速摄影仪、超高速摄影仪、PDPA、纹影仪、激光粒度测量仪器、激光显微、激光全息、PIV等多种仪器，不同仪器对空间要求不同，要求试验平台要尽可能满足所有测量设备的使用需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种雾化机理研究试验平台，解决了因为弥散喷雾过多而造成的雾化测量仪器测量精度低的问题。

本发明提供了一种雾化机理研究试验平台，包括弥散喷雾抽吸机构，弥散喷雾抽吸机构包括：收集装置，具有容纳腔；抽吸装置，与收集装置相连通。

进一步地，收集装置包括：喷雾收集槽；排水槽，与喷雾收集槽相连通，排水槽上设置有排水孔；其中，排水槽用于盛接从喷雾收集槽中排出的液体，并将液体从排水孔中排出。

进一步地，喷雾收集槽的下端设置在喷雾收集槽的底面上，喷雾收集槽的下端具有锯齿，喷雾收集槽通过锯齿与排水槽相连通。

进一步地，抽吸装置包括：排风管道，排风管道的第一端与喷雾收集槽相连通；通风机，与排风管道的第二端相连通。

进一步地，雾化机理研究试验平台还包括：主体框架，收集装置可拆卸地与主体框架相连接。

进一步地，喷雾收集槽包括：漏斗形喷雾收集槽，设置在主体框架内；矩形喷雾收集槽，矩形喷雾收集槽的第一端与漏斗形喷雾收集槽的下端焊接，矩形喷雾收集槽的第二端与排水槽相连通。

进一步地，雾化机理研究试验平台还包括：介质供应装置，设置在主体框架的一侧框架上，介质供应装置的介质入口位于介质出口的下方，由介质供应装置上的电磁阀控制气动阀的开关以控制介质的流动。

进一步地，介质供应装置还包括：多个供应液体的液路；多个供应气体的气路；其中，液路与气路间隔地设置。

进一步地，还包括：喷嘴安装装置，具有固定用于试验的喷嘴的结构，并与主体框架可拆卸地相连接。

进一步地，喷嘴安装装置包括：立柱，可拆卸地设置在主体框架上；喷嘴固定支架，喷嘴固定支架的第一端设置在立柱上，喷嘴固定支架的第二端设置在主体框架上；其中，喷嘴固定支架相对于主体框架的高度可调节。

进一步地，喷嘴固定支架包括：第一喷嘴支架，第一喷嘴支架的第一端与主体框架可拆卸地相连接；第二喷嘴支架，第二喷嘴支架分别与第一喷嘴支架的第二端和立柱相连接。

进一步地，立柱沿其长度方向上具有凹槽，第二喷嘴支架插入凹槽内并与立柱可拆卸连接。

进一步地，第一喷嘴支架具有：多个限位孔，沿第一喷嘴支架长度方向上设置；多个第一固定件，穿设在多个限位孔中，第一固定件的第一端与主体框架相连接，固定件的第二端与喷嘴相连接；多个第二固定件，将第二喷嘴支架与立柱相连接。

根据本发明的雾化机理研究试验平台，包括弥散喷雾抽吸机构，该机构包括与抽吸装置相连通的收集装置。试验中产生的雾气通过进行抽吸的抽吸装置从收集装置中吸走，试验中产生的液体流入收集装置并排走。解决了因为弥散喷雾过多而造成的雾化测量仪器测量精度低甚至无法使用的问题，达到了弥散喷雾少、仪器测量精度高的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的雾化机理研究试验平台的弥散喷雾抽吸机构的结构示意图；

图2是根据本发明的雾化机理研究试验平台的喷雾收集槽和排水槽的连接结构示意图；

图3是根据本发明的雾化机理研究试验平台的主体框架的结构示意图；

图4是根据本发明的雾化机理研究试验平台的介质供应装置的结构示意图；

图5是根据本发明的雾化机理研究试验平台的整体结构示意图；以及

图6是根据本发明的雾化机理研究试验平台的喷嘴固定支架的立体结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1，本发明提供了一种雾化机理研究试验平台。该雾化机理研究试验平台包括弥散喷雾抽吸机构10，该弥散喷雾抽吸机构10包括收集装置11和抽吸装置13，收集装置11具有容纳腔，抽吸装置13与收集装置11相连通。

本发明的雾化机理研究试验平台，包括弥散喷雾抽吸机构10，该机构包括与抽吸装置13相连通的收集装置11。试验中产生的雾气通过进行抽吸的抽吸装置13从收集装置11中吸走，试验中产生的液体流入收集装置11并排走。解决了因为弥散喷雾过多而造成的雾化测量仪器测量精度低甚至无法使用的问题，使得弥散喷雾少，提高雾化测量仪器测量精度和测量仪器的安全使用。进而地，还解决了喷雾试验中常见的“雾气缭绕”现象，实现了试验室环境维护。

参见图2收集装置11包括喷雾收集槽111和排水槽112。排水槽112与喷雾收集槽111相连通，排水槽112上设置有排水孔122，排水孔122便于排出试验时产生的液体。其中，排水槽112用于盛接从喷雾收集槽111中排出的液体，并将液体从排水孔122中排出。

喷雾收集槽111的下端设置在喷雾收集槽111的底面上，喷雾收集槽111的下端具有锯齿121，喷雾收集槽111通过锯齿121与排水槽112相连通。试验产生的液体流入喷雾收集槽111内，再通过锯齿121流入排水槽112并从排水孔122排出。

参加图1，抽吸装置13包括排风管道131和通风机132。排风管道131的第一端与喷雾收集槽111相连通，通风机132与排风管道131的第二端相连通。排风管道131和通风机132用于抽吸试验产生的弥散喷雾，且排风管道131延伸到室外，通风机132也在室外。

参见图3，雾化机理研究试验平台还包括主体框架14，收集装置11可拆卸地与主体框架14相连接，主体框架14起到支撑的作用。优选地，主体框架14可采用金属框架。该金属框架为支撑性桁架结构，采用角钢、方刚等焊接而成，为试验平台的固定和其他结构的安装提供安装位置。雾化机理研究试验平台设置的主体框架14，使得试验平台为PDA、激光粒度测量仪器、纹影和高速摄影等雾化测量仪器预留工位，可采用多种测量设备对雾化效果进行考量。

参见图3，为方便存放各种零件或者试验用的物件，可在主体框架14外周设置门柜，门柜的尺寸以不超过主体框架14为宜。

参见图3和图5，喷雾收集槽111包括漏斗形喷雾收集槽113和矩形喷雾收集槽114。漏斗形喷雾收集槽113设置在主体框架14内，主体框架14起到支撑的作用，漏斗形喷雾收集槽113放置的更为平稳。漏斗形喷雾收集槽113，起到汇聚试验产生的液体和气体的作用。矩形喷雾收集槽114的第一端与漏斗形喷雾收集槽113的下端焊接，矩形喷雾收集槽114的第二端与排水槽112相连通。

本发明提供了一种优选实施例，弥散喷雾抽吸结构10包括喷雾收集槽111、排水槽112和抽吸装置13。喷雾收集槽111的上半部分为漏斗形喷雾收集槽113，上沿边长900mm，下沿边长180mm；喷雾收集槽111的下半部分为矩形喷雾收集槽114，矩形喷雾收集槽114成矩形管状，矩形截面为边长180mm正方形，管长480mm。喷雾收集槽111的下端具有锯齿121，在矩形喷雾收集槽114的侧面上开200mm圆孔并焊接出口法兰并与排风管道131相连通用于排出雾气，且该圆孔离矩形管最下端200mm。排水槽112置于矩形喷雾收集槽114的下方，该排水槽112为边长600mm的矩形盛水容器，高150mm，排水槽112开设有排水孔122并连接管道用于排水。抽吸装置13主要由排风管道131和通风机132组成，排风管道131的内径为200mm，采用法兰分别与喷雾收集槽111和通风机132相连，通过排气量计算，选用通风机型号为CF-11-3A，排气流量为2500m³/h至3800m³/h。

参见图4雾化机理研究试验平台还包括介质供应装置15。介质供应装置15设置在主体框架14的一侧框架上，介质供应装置15的介质入口151位于介质出口152的下方，由介质供应装置15上的电磁阀153控制气动阀154的开关以控制介质的流动。

介质供应装置15还包括多个供应液体的液路155和多个供应气体的气路156。液路155与气路156间隔地设置在主体框架14的一侧框架上，为试验提供所需的介质。

本发明提供了一种优选实施例，介质供应装置15采用四路供应介质出口的设计，其中包括两路液体出口和两路气体出口，即两路供应液体的液路155和两路供应气体的气路156。设计参数分别为：第一液路155a供应能力0.4m3/h至1.2m³/h，第二液路155b供应能力0.04m³/h至0.5m³/h；第一气路156a供应能力8m³/h至40m³/h，第二气路156b供应能力4m³/h至16m³/h。每一路供应介质出口均由电磁阀153、气动阀154和金属软管组成，气动阀154用于隔离上下游介质，电磁阀153控制气动阀154的开关，当电磁阀153控制气动阀154打开时，介质通过金属软管流出。

参见图5，雾化机理研究试验平台还包括喷嘴安装装置16，喷嘴安装装置16具有固定用于试验的喷嘴的结构，并与主体框架14可拆卸地相连接。这样的设计便于更换零件，也便于调整试验用的喷嘴的安装位置。在该平台上设置了喷嘴安装装置16后即可适用于几乎所有压力雾化喷嘴、气动雾化喷嘴雾化试验研究，可开展喷嘴单组元、多组元雾化试验。使得该雾化机理研究试验平台适用试验范围广泛。

喷嘴安装装置16包括立柱161和喷嘴固定支架162。立柱161可拆卸地设置在主体框架14上。喷嘴固定支架162的第一端设置在立柱161上，喷嘴固定支架162的第二端设置在主体框架14上。其中，喷嘴固定支架162相对于主体框架14的高度可调节，根据不同的试验所用的喷嘴，可以调节固定该喷嘴的喷嘴固定支架162距离主体框架14的相对高度。

参见图6，喷嘴固定支架162包括第一喷嘴支架163和第二喷嘴支架164。第一喷嘴支架163的第一端与主体框架14可拆卸地相连接，第二喷嘴支架164分别与第一喷嘴支架163的第二端和立柱161相连接。第一喷嘴支架163用于固定试验所用的喷嘴，第二喷嘴支架164用于与立柱161固定连接。

参见图5，立柱161沿其长度方向上具有凹槽，第二喷嘴支架164插入凹槽内并与立柱161可拆卸连接。这样第二喷嘴支架164与立柱161连接的更紧密更牢固，不易产生晃动。

结合参见图5和图6，第一喷嘴支架163具有多个限位孔165、多个第一固定件166和多个第二固定件167。多个限位孔165沿第一喷嘴支架162长度方向上设置。多个第一固定件166穿设在多个限位孔165中，第一固定件166的第一端与主体框架14相连接，固定件166的第二端与喷嘴相连接。多个第二固定件167将第二喷嘴支架164与立柱161相连接。

上述实施例中，第二固定件167为特制螺栓、第一固定件166为固定螺杆。安装前保证特制螺栓头部长边与立柱161的凹槽延伸方向平行，到达预定位置后，将特制螺栓顺时针拧90°，并将螺栓锁紧，这样第二固定件167即特制螺栓嵌在凹槽中，凹槽止挡住了特制螺栓即第二喷嘴支架164，将第二喷嘴支架164固定在了立柱161的凹槽中。第一喷嘴支架163和第二喷嘴支架164上均匀布置两排“一”字型孔，孔尺寸为40×12mm，孔间距80mm，第一固定件166的一端即固定螺杆的一端通过两个螺母与主体框架14紧密连接，固定螺杆的另一端用于固定喷嘴夹具。

上述实施例中的雾化机理研究试验平台，装配后的平台总体占地面积1300×5000mm。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、本发明有效解决了喷雾试验中常见的“雾气缭绕”现象，容易实现试验室环境维护；

2、本发明通过安装支架设计可实现喷嘴夹具的方便更换和夹具安装位置的任意确定，适用于几乎所有压力雾化喷嘴、气动雾化喷嘴雾化试验研究，可开展喷嘴单组元、多组元雾化试验；

3、本发明雾化机理研究试验平台为PDA、激光粒度测量仪器、纹影和高速摄影等雾化测量仪器预留工位，可采用多种测量设备对雾化效果进行考量；

4、本发明能够消除弥散喷雾，有利于提高雾化测量仪器测量精度和测量仪器的安全使用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种雾化机理研究试验平台，其特征在于，包括弥散喷雾抽吸机构（10），所述弥散喷雾抽吸机构（10）包括：

收集装置（11），具有容纳腔；

抽吸装置（13），与所述收集装置（11）相连通。

2.根据权利要求1所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，所述收集装置（11）包括：

喷雾收集槽（111）；

排水槽（112），与所述喷雾收集槽（111）相连通，所述排水槽（112）上设置有排水孔（122）；

其中，排水槽（112）用于盛接从所述喷雾收集槽（111）中排出的液体，并将液体从所述排水孔（122）中排出。

3.根据权利要求2所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，所述喷雾收集槽（111）的下端设置在所述喷雾收集槽（111）的底面上，所述喷雾收集槽（111）的下端具有锯齿（121），所述喷雾收集槽（111）通过所述锯齿（121）与所述排水槽（112）相连通。

4.根据权利要求2所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，所述抽吸装置（13）包括：

排风管道（131），所述排风管道（131）的第一端与所述喷雾收集槽（111）相连通；

通风机（132），与所述排风管道（131）的第二端相连通。

5.根据权利要求2所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，雾化机理研究试验平台还包括：

主体框架（14），所述收集装置（11）可拆卸地与所述主体框架（14）相连接。

6.根据权利要求5所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，所述喷雾收集槽（111）包括：

漏斗形喷雾收集槽（113），设置在所述主体框架（14）内；

矩形喷雾收集槽（114），所述矩形喷雾收集槽（114）的第一端与所述漏斗形喷雾收集槽（113）的下端焊接，所述矩形喷雾收集槽（114）的第二端与所述排水槽（112）相连通。

7.根据权利要求5所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，雾化机理研究试验平台还包括：

介质供应装置（15），设置在所述主体框架（14）的一侧框架上，所述介质供应装置（15）的介质入口（151）位于介质出口（152）的下方，由所述介质供应装置（15）上的电磁阀（153）控制气动阀（154）的开关以控制介质的流动。

8.根据权利要求7所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，所述介质供应装置（15）还包括：

多个供应液体的液路（155）；

多个供应气体的气路（156）；

其中，所述液路（155）与所述气路（156）间隔地设置。

9.根据权利要求5所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，还包括：

喷嘴安装装置（16），具有固定用于试验的喷嘴的结构，并与所述主体框架（14）可拆卸地相连接。

10.根据权利要求9所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，喷嘴安装装置（16）包括：

立柱（161），可拆卸地设置在所述主体框架（14）上；

喷嘴固定支架（162），所述喷嘴固定支架（162）的第一端设置在所述立柱（161）上，所述喷嘴固定支架（162）的第二端设置在所述主体框架（14）上；

其中，所述喷嘴固定支架（162）相对于所述主体框架（14）的高度可调节。

11.根据权利要求10所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，所述喷嘴固定支架（162）包括：

第一喷嘴支架（163），所述第一喷嘴支架（163）的第一端与所述主体框架（14）可拆卸地相连接；

第二喷嘴支架（164），所述第二喷嘴支架（164）分别与所述第一喷嘴支架（163）的第二端和所述立柱（161）相连接。

12.根据权利要求11所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，所述立柱（161）沿其长度方向上具有凹槽，所述第二喷嘴支架（164）插入所述凹槽内并与所述立柱（161）可拆卸连接。

13.根据权利要求11所述的雾化机理研究试验平台，其特征在于，所述第一喷嘴支架（163）具有：

多个限位孔（165），沿所述第一喷嘴支架（162）长度方向上设置；

多个第一固定件（166），穿设在多个所述限位孔（165）中，所述第一固定件（166）的第一端与所述主体框架（14）相连接，所述固定件（166）的第二端与所述喷嘴相连接；多个第二固定件（167），将所述第二喷嘴支架（164）与所述立柱（161）相连接。