CN103412143B - 一种增压式示踪粒子发生器 - Google Patents

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本发明涉及一种示踪粒子发生器。具体的说是一种增压式示踪粒子发生器。可普遍适用于气体流速、流场等的非接触测量。本发明结构易实现且操作简便，采用加压泵对整个粒子发生器施加压力，并能够根据测量区域压力进行调节，防止粒子受压无法随气流流动；采用全输送段加热方式以及冷凝回流结构，实现示踪粒子的远程输送；通过调节控制阀门对发烟量进行调节，能够实现比之以前粒子发生器更为精确的调节。

Description

一种增压式示踪粒子发生器
技术领域
本发明涉及一种示踪粒子发生器。具体的说是一种增压式示踪粒子发生器。可普遍适用于气体流速、流场等的非接触测量。
背景技术
在航空航天等多个领域，有许多时候需要了解流场的情况、测量气体的流速。气体流速的测量方法多种多样，其中非接触测量方法是近几十年发展起来的，典型测量装置有如激光多普勒测速仪（LDA）、粒子图像速度场仪（PIV）等，其突出优点是不接触流场、不干扰流场，但是对于气流而言，其测量必须具备一个前提条件，就是需要向被测流场中添加示踪粒子。在很多时候，示踪粒子播撒是否成功直接决定了测量能否实现，因此示踪粒子撒播技术是气体流速非接触测量中的一个重要技术。示踪粒子发生器是产生示踪粒子的重要设备，是LDA或PIV的配套设备，但这种发生器是一种不带压的发生器，其产生的示踪粒子无法撒播到带压环境中，甚至由于遇冷凝结的问题无法使用管路远传（比如无法向风洞稳定段中播撒示踪粒子），这大大限制了LDA和PIV等设备的应用范围。
发明内容
本发明的目的是为了提出一种增压式示踪粒子发生器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种增压式示踪粒子发生器，包括发烟剂供给系统1、蒸发室2、传输管路3、双路温度控制系统4、阀门9、压力指示表10和温度传感器11；
所述的发烟剂供给系统1包括气源5、减压阀6、储液瓶7和针阀8；
气源5产生压缩空气，压缩空气经过减压阀6调节控制其压力后通过管路从储液瓶7的进口和出口传输给储液瓶7，同时经过减压阀6后的压缩空气也通过管路传输给蒸发室2；通过针阀8控制储液瓶7内液体的流量；通过减压阀6后的压缩空气和储液瓶7内的液体同时通过管路进入蒸发室2内；在蒸发室2内液体受热蒸发雾化后通过传输管路3后喷入被测流场12；蒸发室2内的温度和传输管路3内的温度通过双路温度控制系统4进行控制，传输管路3内压力通过阀门9进行控制，温度和压力通过温度传感器11和压力指示表10进行显示；
气源5产生的压力为0.7MPa～0.8MPa，经过减压阀6后的压力为0.2MPa～0.25MPa。
蒸发室2内的蒸发器包括入口下旋段2.1、平直段2.2和出口冷凝段2.3；
入口下旋段2.1采用螺旋形缓坡下旋结构加热管，外有加热丝并通过温度控制器控制雾化温度，雾化温度控制在260℃～265℃，缓坡角不大于30°，长度不小于100mm，这种结构有助于发烟剂缓慢流过，并充分换热雾化。
平直段2.2是平直布置的一段加热管，温度同样控制在260℃～265℃，其作用一方面是使发烟剂继续雾化，并与压缩空气混合，另一方面实现出口冷凝回流的发烟剂二次雾化。
出口冷凝段2.3与传输管路3设计为一体，向上倾斜角度不小于45°，长度不小于120mm，温度与传输管路3的温度一致，控制在80-85℃，这样雾化后的示踪粒子会在这一段出现部分的冷凝，冷凝后以液态的形式回流至平直段2.2，进行二次雾化，剩下的示踪粒子将适应80-85℃的传输温度，不会出现过多的冷凝。
该发明的技术原理为：
控制气源5的出口压力在通过减压阀6的调节，将经过减压阀6后的压力控制在该压力通过管路连接，同时施加在储液瓶7的进出口，形成整个粒子发生器内部压力。由于储液瓶7的进出口压力相等，因此储液瓶7内液体可以靠自重进入雾化系统，通过针阀8对其流量进行调节。这样就可以实现示踪粒子发生器内部压力和发烟剂流量的独立调节，两者互不干扰。
传输管路3全段外装加热丝，壁面温度可调，温度控制在80-85℃。
阀门9用于调节示踪粒子发生器发射端粒子量，粒子量过小，容易造成采集率低，数据不准确，而粒子量过大则会造成不必要的损失，也对被测环境造成污染。压力指示表10和温度传感器11分别显示出口端压力和温度，实现实时的调节和检测。
有益效果
本发明结构易实现且操作简便，采用加压泵对整个粒子发生器施加压力，并能够根据测量区域压力进行调节，防止粒子受压无法随气流流动；采用全输送段加热方式以及冷凝回流结构，实现示踪粒子的远程输送；通过调节控制阀门对发烟量进行调节，能够实现比之以前粒子发生器更为精确的调节。该粒子发生器具有结构易于实现、操作简便、控制可靠等优点，能够可靠地产生带压的示踪粒子，并将其远传，大大扩展了LDA、PIV等的适用范围。
附图说明
图1是本发明的组成示意图；
图2是蒸发器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
如图1所示，一种增压式示踪粒子发生器，包括发烟剂供给系统1、蒸发室2、传输管路3、双路温度控制系统4、阀门9、压力指示表10和温度传感器11；
所述的发烟剂供给系统1包括气源5、减压阀6、储液瓶7和针阀8；
气源5产生0.8MPa的压缩空气，压缩空气经过减压阀6调节其压力为0.2MPa后通过管路从储液瓶7的进口和出口传输给储液瓶7，同时经过减压阀6后的压缩空气也通过管路传输给蒸发室2；通过针阀8控制储液瓶7内液体的流量为20ml/min；通过减压阀6后的压缩空气和储液瓶7内的液体同时通过管路进入蒸发室2内；在蒸发室2内液体受热蒸发雾化后通过传输管路3后喷入被测流场12，然后进行后续的流场速度测量；蒸发室2内的温度和传输管路3内的温度通过双路温度控制系统4进行控制，传输管路3内压力通过阀门9进行控制，温度传感器11显示的温度为80℃和压力指示表10显示的压力为0.2MPa；
如图2所示，蒸发室2内的蒸发器包括入口下旋段2.1、平直段2.2和出口冷凝段2.3；
入口下旋段2.1采用螺旋形缓坡下旋结构加热管，外有加热丝并通过温度控制器控制雾化温度，雾化温度控制在260℃，缓坡角为30°，长度为100mm，这种结构有助于发烟剂缓慢流过，并充分换热雾化。
平直段2.2是平直布置的一段加热管，温度同样控制在260℃，其作用一方面是使发烟剂继续雾化，并与压缩空气混合，另一方面实现出口冷凝回流的发烟剂二次雾化。
出口冷凝段2.3与传输管路3设计为一体，向上倾斜角度不小于45°，长度不小于120mm，温度与传输管路3的温度一致，控制在80-85℃，这样雾化后的示踪粒子会在这一段出现部分的冷凝，冷凝后以液态的形式回流至平直段2.2，进行二次雾化，剩下的示踪粒子将适应80-85℃的传输温度，不会出现过多的冷凝。
该发明的技术原理为：
控制气源5的出口压力在通过减压阀6的调节，将经过减压阀6后的压力控制在该压力通过管路连接，同时施加在储液瓶7的进出口，形成整个粒子发生器内部压力。由于储液瓶7的进出口压力相等，因此储液瓶7内液体可以靠自重进入雾化系统，通过针阀8对其流量进行调节。这样就可以实现示踪粒子发生器内部压力和发烟剂流量的独立调节，两者互不干扰。
传输管路3全段外装加热丝，壁面温度可调，温度控制在80-85℃。
阀门9用于调节示踪粒子发生器发射端粒子量，粒子量过小，容易造成采集率低，数据不准确，而粒子量过大则会造成不必要的损失，也对被测环境造成污染。压力指示表10和温度传感器11分别显示出口端压力和温度，实现实时的调节和检测。
所述的储液瓶7由不锈钢加工而成，内径60mm，壁厚为3mm；深度150mm，其出口和入口处均有O型密封圈，在预定压力下实现有效密封；储液瓶7内的液体为硅油，为无色无味无毒液体，雾化后粒径范围为（1～10）um，适合于LDA流速测量；
所述的气源5有多种形式，可以是气泵，也可以是气瓶；
所述的双路温度控制系统4的温度调节范围为100～500℃；
所述的温度传感器11为铂电阻温度传感器；
所述的传输管路3为金属管，外绕加热丝。

Claims (10)

1.一种增压式示踪粒子发生器，其特征在于：包括发烟剂供给系统(1)、蒸发室(2)、传输管路(3)、双路温度控制系统(4)、阀门(9)、压力指示表(10)和温度传感器(11)；
所述的发烟剂供给系统(1)包括气源(5)、减压阀(6)、储液瓶(7)和针阀(8)；
气源(5)产生压缩空气，压缩空气经过减压阀(6)调节控制其压力后通过管路从储液瓶(7)的进口和出口传输给储液瓶(7)，同时经过减压阀(6)后的压缩空气也通过管路传输给蒸发室(2)；通过针阀(8)控制储液瓶(7)内液体的流量；通过减压阀(6)后的压缩空气和储液瓶(7)内的液体同时通过管路进入蒸发室(2)内；在蒸发室(2)内液体受热蒸发雾化后通过传输管路(3)后喷入被测流场；蒸发室(2)内的温度和传输管路(3)内的温度通过双路温度控制系统(4)进行控制，传输管路(3)内压力通过阀门(9)进行控制，温度和压力分别通过温度传感器(11)和压力指示表(10)进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种增压式示踪粒子发生器，其特征在于：气源(5)产生的压力为0.7MPa～0.8MPa，经过减压阀(6)后的压力为0.2MPa～0.25MPa。
3.根据权利要求1所述的一种增压式示踪粒子发生器，其特征在于：蒸发室(2)内的蒸发器包括入口下旋段(2.1)、平直段(2.2)和出口冷凝段(2.3)。
4.根据权利要求3所述的一种增压式示踪粒子发生器，其特征在于：入口下旋段(2.1)采用螺旋形缓坡下旋结构加热管，外有加热丝并通过双路温度控制系统(4)控制雾化温度，雾化温度控制在260℃～265℃，缓坡角不大于30°，长度不小于100mm。
5.根据权利要求3所述的一种增压式示踪粒子发生器，其特征在于：平直段(2.2)是平直布置的一段加热管，温度控制在260℃～265℃。
6.根据权利要求3所述的一种增压式示踪粒子发生器，其特征在于：出口冷凝段(2.3)与传输管路(3)设计为一体，向上倾斜角度不小于45°，长度不小于120mm，温度控制在80-85℃。
7.根据权利要求1所述的一种增压式示踪粒子发生器，其特征在于：气源(5)为气泵或气瓶。
8.根据权利要求1所述的一种增压式示踪粒子发生器，其特征在于：双路温度控制系统(4)的温度调节范围为100～500℃。
9.根据权利要求1所述的一种增压式示踪粒子发生器，其特征在于：温度传感器(11)为铂电阻温度传感器。
10.根据权利要求1所述的一种增压式示踪粒子发生器，其特征在于：传输管路(3)为金属管，外绕加热丝。
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