CN107884152A - 一种用于平板射流气膜冷却的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于平板射流气膜冷却的实验装置及方法，包括进口段，进口段依次经过翅片加热段、稳流段、过渡段、实验段、扩张段、出口段与风机连接构成主流加热系统，在实验段由透明亚克力板制成，内部阶梯设置有射流板，实验段通过集气腔与射流冷却系统连接，在实验段和集气腔内设置有多个热电偶，所述热电偶均连接至温度数据采集系统，在实验段的外部一侧设置有用于采集流动数据的流动数据采集系统。本发明能够实现在自制小型风洞下，低温范围内，对平板气膜冷却在不同设计工况下的流动和换热结果得到精确的获取，对平板气膜冷却结构设计具有重要的支撑作用。

Description

一种用于平板射流气膜冷却的实验装置及方法

技术领域

本发明属于空气动力学实验技术领域，具体涉及一种包含加热主流、冷却射流用于平板气膜冷却的实验装置及方法。

背景技术

随着对燃气轮机总体性能要求的提高，透平进口温度不断提高，未来可达到1600～1800℃，而高温合金钢叶片所能耐受的温度目前最高可达900℃，不能满足使用的要求，气膜冷却作为提高叶片耐受温度的一种有效措施，具有高温降的特点，受到了越来越广泛地关注。因此，如何设计一种现实可行、稳定性好、实验结果准确性高、便于对气膜冷却的流动结构和换热效果同时获取分析，可用于气膜冷却结构设计的空气动力学实验装置具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于平板射流气膜冷却的实验装置及方法，适用于低温环境中，简化了气膜冷却模型，采用单孔平板实验段获得不同孔型、吹风比及射流角下流动结构和气膜冷却效率，稳定性好、实验结果准确性高、操作简单。

本发明采用以下技术方案：

一种用于平板射流气膜冷却的实验装置，包括进口段，进口段依次经过翅片加热段、稳流段、过渡段、实验段、扩张段、出口段与风机连接构成主流加热系统，在实验段由透明亚克力板制成，内部阶梯设置有射流板，实验段通过集气腔与射流冷却系统连接，在实验段和集气腔内设置有多个热电偶，所述热电偶均连接至温度数据采集系统，在实验段的外部一侧设置有用于采集流动数据的流动数据采集系统。

进一步的，射流冷却系统包括空压机，空压机经过液氮冷却系统与集气腔连接，液氮冷却系统包括保温桶，保温桶内设置有液氮和冷却管路，冷却管路与集气腔的连接管路上均设置有两层玻璃保温棉。

进一步的，空压机与保温桶之间的管路上依次设置有稳流阀和粒子发生器，保温桶与集气腔之间的管路上设置有流量计，粒子发生器中采用无色或淡黄色油状液体癸二酸二辛脂做为示踪粒子。

进一步的，温度数据采集系统包括温度信号采集系统，温度信号采集系统分别与设置在集气腔内的第一热电偶，设置在收缩段出口处的热电堆，设置在实验段内射流板上游的第三热电偶和射流板下游的第二热电偶连接，用于将采集的温度数据上传至计算机。

进一步的，热电偶均为K型，分度号为TT-K-36-SLE，导线绝缘为PFA铁氟龙，绝缘耐温260℃，线芯直径2×0.127mm，正极为镍铬合金，负极为镍铝合金，中间导体为康铜。

进一步的，进口段的型线采用双纽线，以截取原点和与原点处切线相垂直的点之间的曲线段为进口段的型线。

进一步的，翅片加热段采用若干单根翅片加热管进行电加热，翅片加热管采用横向等距和轴向插排的排布方式，横向间距为翅片加热管的许用间距，轴向间距为横向间距的二倍，在翅片加热段与稳流段的连接处依次设置有蜂窝罩和尼龙滤网，主流加热系统中各段连接处均设置有海绵密封软垫。

进一步的，流动数据采集系统包括片光发生系统和高速相机拍照系统，片光发生系统包括设置升降台，以及设置在升降台上的二维移动滑台，在二维移动滑台的底部连接有光源设备，高速相机拍照系统包括与计算机连接的高速相机，高速相机与实验段水平设置，光源设备与实验段垂直设置。

一种用于平板射流气膜冷却的实验装置的实验方法，包括以下步骤：

S1、首先安装风洞系统用支架，将主流加热系统安装在支架上，并与射流冷却系统连接，安装采集系统用支架，在支架上分别安装流动数据采集系统和温度采集系统；

S2、分别启动流动数据采集系统和温度采集系统进行数据采集；

S3、启动风机，根据主流流速和孔径雷诺数推算出风洞进口处速度，根据风洞进口处速度调节风机的工作频率，调整翅片加热段的加热功率控制主流加热系统的温度，打开射流冷却系统稳流阀，启动空压机，调节稳流阀和粒子发生器流量调节阀控制射流速度，调节加入保温桶中的液氮量控制保温桶中温度，进而控制射流冷却系统进入集气腔的温度；

S4、打开激光器预热后，打开片光发生系统，调整片光位置，待射流冷却系统的流量计读数误差不超过±5％，温度采集系统的热电偶读数在五分钟内相对误差不超过3％后捕捉流动和换热实验结果；

S5、对实时采集的流动和换热实验结果数据进行保存，根据需要对保存结果进行截取，得到流动结构图片和绝热冷却效率结果。

进一步的，步骤S3中，通过加长射流冷却之后管路的长度及控制保温桶中液氮量控制射流冷却系统进入集气腔的温度。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明用于平板气膜冷却的可视化实验装置，主流加热系统包括依次连接的进口段、翅片加热段、稳流段、过渡段、透明亚克力板实验段、扩张段、出口段以及风机，实验段的壁面均为透明亚克力板，有较高的透光率，实验段内阶梯设置有射流板，实验段和射流板分离，可方便地改变孔型、孔数及射流角度，可实现对不同设计工况与各种结构冷却孔通道布置条件下的流动结构和冷却效率结果的获取，射流冷却系统通过集气腔与实验段连接，温度数据采集系统通过设置在实验段和集气腔内的多个热电偶分别采集主流加热系统和射流冷却系统的温度，流动数据采集系统设置在实验段的外部两侧，可实现温度结果的实时获取，可方便流动数据采集系统的安装与流动结构的采集。

进一步的，射流冷却系统包括依次连接的空压机、保温桶和集气腔，保温桶内设置有液氮和冷却管路，冷却管路与空压机和集气腔的连接管路上均设置有两层玻璃保温棉，可实现对射流的低温冷却与保温。

进一步的，空压机与保温桶之间设置有稳流阀和粒子发生器，保温桶与集气腔之间的管路上设置有流量计，可实现对射流的稳流、示踪粒子添加与流量调节，粒子发生器中添加了无色或淡黄色油状液体癸二酸二辛脂作为示踪粒子后，可获得清晰度较高的流动结构。

进一步的，分别在集气腔内设置第一热电偶，在收缩段出口处设置热电堆，在实验段射流板上游设置第三热电偶，在射流板下游设置第二热电偶，热电偶和热电堆均经过温度信号采集系统与计算机连接，分别采集主流加热系统和射流冷却系统的温度。

进一步的，热电偶为K型，分度号为TT-K-36-SLE，导线绝缘为PFA铁氟龙，绝缘耐温260℃，线芯直径2×0.127mm，正极为镍铬合金，负极为镍铝合金，中间导体为康铜，热电偶的零点补偿端的连线处用绝缘胶带密封，浸泡在盛有零摄氏度酒精的试管中，避免了热电偶间发生短路。

进一步的，进口段的型线采用双纽线，可实现更加均匀进气，减小进口段不均匀性对翅片加热段与稳流段造成的冲击。

进一步的，翅片加热段采用若干单根翅片加热管进行电加热，在翅片加热段与稳流段的连接处依次设置有蜂窝罩和尼龙滤网，主流加热系统中各段连接处均设置有海绵密封软垫，可实现加热功率调节、主流稳流与主流通道密封。

进一步的，流动数据采集系统包括片光发生系统和高速相机拍照系统，可实现对射流中示踪粒子的打光与所需截面流动结构的实时获取。

本发明还公开了一种用于平板气膜冷却的实验方法，首先安装风洞系统用支架，将主流加热系统安装在支架上，并与射流冷却系统连接，在支架上分别安装流动数据采集系统和温度采集系统；分别启动流动数据采集系统和温度采集系统进行数据采集；启动风机，根据主流流速和孔径雷诺数推算出风洞进口处速度，根据风洞进口处速度调节风机的工作频率，调整翅片加热段的加热功率控制主流加热系统的温度，再打开射流冷却系统稳流阀，启动空压机，调节稳流阀和粒子发生器控制射流冷却系统进入集气腔的温度；再打开激光器预热后，打开片光发生系统，调整片光位置，待射流冷却系统的流量计读数误差不超过±5％，温度采集系统的热电偶读数在五分钟内相对误差不超过3％后捕捉流动和换热实验结果；最后对实时采集的流动和换热实验结果数据进行保存，根据需要对保存结果进行截取，得到流动结构图片和绝热冷却效率结果，本方法可以在低温范围内实现对不同设计工况下的流动结构和冷却效率结果的获取，对主流的温度可控性好，对射流空气的冷却可达到较好的效果，并且冷却方法的可移植性强；同一工况下的流动结构和冷却效率可以同时获取，便于对结果进行对比分析，避免了重复试验过程中，无关变量(气流稳定性、空气湿度等)波动造成的影响。

综上所述，本发明能够实现在自制小型风洞下，低温范围内，对平板气膜冷却在不同设计工况下的流动和换热结果得到精确的获取，对平板气膜冷却结构设计具有重要的支撑作用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的实验装置示意图。

其中：1.进口段；2.翅片加热段；3.稳流段；4.收缩段；5.实验段；6.片光发生系统；7.高速相机；8.扩张段；9.出口段；10.风机；11.空压机；12.稳流阀；13.粒子发生器；14.保温桶；15.流量计；16.第一热电偶；17.集气腔；18.第二热电偶；19.蜂窝罩；20.尼龙滤网；21.热电堆；22.第三热电偶。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明公开了一种用于平板射流气膜冷却的实验装置，包括主流加热系统、射流冷却系统、流动数据采集系统和温度数据采集系统，主流加热系统包括依次连接的风洞进口段1、翅片加热段2、稳流段3、过渡段4、实验段5、扩张段8、出口段9和提供动力的变频轴流风机10，每个连接处均粘接有海绵密封软垫，在实验段5内阶梯设置有射流板，射流冷却系统通过集气腔17与实验段5连接，流动数据采集系统设置在实验段5的一侧，温度数据采集系统包括若干设置在实验段5和集气腔17内用于采集温度数据的热电偶。

其中，翅片加热段2与稳流段3的连接处依次设置有蜂窝罩19和尼龙滤网20，每个连接处均粘接有海绵密封软垫，出口段9和风机10的连接处设置有四层海绵密封软垫，且不采用法兰连接。

翅片加热段2采用36根单根最大功率为500W的翅片加热管进行电加热，设计时考虑基于主流流速和孔径的雷诺数为100000的主流流速、温升为30℃作为稳态加热最大值进行热量估算，实验过程中通过调功器对加热功率进行控制，进而控制翅片加热段2出口温度。

进口段1使用双纽线做型线，截取原点和与原点处切线相垂直的点之间的曲线段做进口段的型线。

射流冷却系统包括依次连接的空压机11、稳流阀12、粒子发生器13、液氮冷却系统、数字气体用流量计15和集气腔17，集气腔17与实验段5连接；

其中，粒子发生器13中添加的示踪粒子为无色或淡黄色油状液体癸二酸二辛脂。

液氮冷却系统包括与射流管路前段相连的管路、盛装液氮和冷却管路的保温桶14、从保温桶14引出的与射流管路后段相连的低温管路，从空压机11引入至保温桶14的前段管路以及从保温桶14引出至集气腔17的后段管路上均布置有两层玻璃保温棉。

射流冷却系统采用间壁式换热，射流流经放置于液氮保温桶14内的铜管被冷却。设计时，参考冷热流体通过圆筒壁的传热量进行估算，最大温降为结合实验所用管路和冷却情况而定。

流动数据采集系统包括：片光发生系统6和高速相机拍照系统，高速相机7与实验段5水平设置，光源设备与实验段5垂直设置。

片光发生系统6包括：在实验段5一侧的支架上设置有升降台，支架与升降台采用内管螺纹连接，升降台上设置有二维移动滑台，在二维滑台底部连接有光源设备，二维移动滑台与升降台和其与光源设备均采用螺栓紧固连接；调节升降台上的升降手柄来调节升降台的高度，进而控制与升降台相连的光源设备的空间高度位置，调节二维移动滑台在两个方向上的调距旋钮来控制光源设备在同一高度平面内的位置，从而实现光源设备的空间定位。

高速相机拍照系统包括三脚架、高速相机7、与高速相机相连的计算机、计算机上安装有对高速相机进行控制的数据采集软件，高速相机与计算机采用网线连接，利用相应软件来实现对相机的控制、触发、参数调整和数据处理。

温度数据采集系统包括：第一热电偶16、第二热电偶18、热电堆21、第三热电偶22和温度信号采集系统，通过在集气腔17中布置的第一热电偶16，在翅片加热段的收缩段4出口处布置的热电堆21获取射流冷却系统的射流温度；通过实验段5内位于射流板上游5cm处布置的第三热电偶22以及设置在实验段下游的第二热电偶18获取主流加热系统的空气温度。

热电偶均为K型，分度号为TT-K-36-SLE，TT代表导线绝缘为PFA铁氟龙，绝缘耐温260℃，线芯直径2×0.127mm，正极为镍铬(Ni-Cr)合金，负极为镍铝(Ni-Al)合金，中间导体为康铜，每个热电偶黏贴在射流板上，测量端留出1～2mm的长度用于测量，其余的引出线使用长度约5mm，宽度约3mm的胶带固定，多条热电偶在射流板上的引出线在实验段5中靠近一侧壁面交汇，并一同从射流板的末端与实验段5配合面的两端引出。

温度信号采集系统包括：热电偶温度测量端、热电偶温度零点补偿端、与中间导体相连的集线盒、与集线盒相连的数据采集箱、与数据采集箱相连的计算机以及计算机上安装有对温度数据进行采集的软件，中间导体与集线盒采用螺钉紧固连接，集线盒与数据采集箱采用滑道配合连接，数据采集箱与计算机采用串口线连接，实验过程中通过对计算机上安装的采集软件进行多通道采集配置、实时采集来获取温度结果。

热电偶的零点补偿端浸泡在盛有零摄氏度酒精的试管中，试管口用酒精棉球固定引出线，试管浸泡在零摄氏度的冰水混合物中；热电偶标定时，测量端放置于-40～100℃的恒温箱中，零点补偿端放置于0℃的酒精中，标定精度±0.1℃。

优选的，电加热箱的截面尺寸与稳流段截面相配，长度尺寸由加热功率、单根翅片加热管功率与尺寸和其排布方式确定，翅片加热管采用横向等距和轴向插排的排布方式，横向间距为翅片加热管的许用间距，轴向间距为横向间距的二倍，加热功率由调功器可调，轴流变频风机10的功率以及供气气泵的排气压力可选择，以保证本发明的用于平板气膜冷却的实验装置的适用性。

基于本发明提供的用于平板气膜冷却的可视化实验装置对流动和换热结果进行获取的方案如下：

根据设计工况与需要采集流动截面和相应点的温度值来调整变频风机频率、加热箱功率、流量计读数、冷却功率与片光所照射面、相机位置和热电偶的布置位置，在对应的工况下，待结果稳定(流量计的读数误差不超过±5％，热电偶读数在五分钟内相对误差不超过3％)，进行采集分析。

本发明一种用于平板射流气膜冷却的可视化实验方法，具体包括以下步骤：

1)安装风洞系统用支架，检查风洞支架的稳定性和可靠性；

2)将风洞系统的各段平稳可靠的安装在风洞支架上，并稳定可靠的进行各段之间的装配，检查风洞系统各部分装配的稳定性；

3)对射流冷却系统各部分进行连接并检查可靠性，确定所有阀门处于关闭状态；

4)检查光源设备安装的稳定性与可靠性；

5)检查温度采集系统的稳定性和可靠性；

6)在实验段5内部远离高速相机7的一侧壁面上粘贴黑色遮光纸；

7)将粘贴好热电偶的射流板装配在实验段5相配合的台阶上；

8)在射流板和实验段5相配合的面下侧粘贴宽透平胶带，用于固定黏贴热电偶；

9)将高速相机7平稳可靠的安装在三脚架上，启动高速相机7，取下镜头盖(避免强光进入镜头，防止设备内部的原件烧损)，连接好计算机，启动数据采集软件，调节镜头和三脚架的位置，使得软件窗口中显示出所拍摄面的清晰状态；

10)启动温度采集系统中的信号采集箱和与之相连的计算机的电源，打开数据采集软件，对温度结果进行采集；

11)启动风机10，根据实验工况要达到的基于主流流速和孔径的雷诺数来调节主流变频风机的频率，以达到实验工况要求的雷诺数；

12)调整翅片加热段2的加热功率，结合主流的流速，运用热量交换平衡原理来估算并控制主流温度，其中，翅片加热段2的加热功率与单位时间内流过加热段的气体吸收的热量相等；

13)打开稳流阀12，启动空压机11，调节稳流阀12和粒子发生器13的调节阀的开口大小，以达到实验工况要求的速度比、动量比等；

14)基于环境温度，将射流冷却系统进入集气腔17的温度控制在设定的较低温度，主要通过加长射流冷却之后管路的长度、控制保温桶14中液氮的量来控制射流进入集气腔的温度，为避免冷却后空气在实验管路结冰，在射流冷却系统进口布置干燥剂用于除去空气中的水分(也可采用射流端气源供气来解决实验管路结冰的问题)；

15)根据实验工况的要求调节射流冷却系统中流量计15的阀门开口大小，观察流量计的读数，以达到实验工况要求的速度比、动量比等；

16)打开激光器预热半分钟，打开片光源，调整片光位置；

17)对所有设备运行情况进行检验，符合稳定性要求后，等待实验系统稳定，捕捉流动和换热的实验结果；

18)数据保存，流动数据使用相应数据采集软件对高速相机进行控制，并实时获取数据，保存需要的数据，温度数据使用相应数据采集软件实时的数据采集和保存；

19)后期处理，根据需要再视频文件结果中截取图片，对温度结果做处理，得到流动结构图片和绝热冷却效率结果。

实施例

基于主流流速和射流孔孔径的雷诺数Re＝700，速度比VR＝0.4

1、由孔径尺寸和主流温度值对应的空气的运动粘度结合Re的值来计算试验段进口处主流速度，从而确定变频风机的工作频率；

已知，孔径d＝0.007m，主流温度T＝26℃，Re＝703，空气粘度μ＝1.82×10^-5Pa·s，主流密度ρ＝1.18kg/m³，则主流风速为：

u＝Reμ/(ρd)

＝700×1.82×10^-5/(1.18×0.007)

＝1.54m/s

根据试验段进口处主流速度1.54m/s，采用质量守恒定律，推算出风洞进口处速度，根据风洞进口速度调节变频风机至相应的工作频率。

2、根据主流设计的温度值，调节电加热箱的加热功率；

假设室温为20℃，主流设计温度为26℃；

已知，主流空气的比定压热容c＝1.013kJ/(kg·K)，实验段进口截面积为A，主流空气通过电加热箱的温升ΔT＝6℃，则加热功率P为：

P＝cuAρΔT

＝1.013×1.54×0.22²×1×6。

＝453W

3、由速度比、实验段进口主流速度、孔径及射流温度计算射流系统中数字空气流量计的值；

假设射流温度5℃；

已知，射流的体积流量为q_v，质量流量为q_m，射流的管径为d_j，射流的密度为ρ_j，则空气流量计值为：

q_v＝VR×u×3.14×d_j ²/4

＝0.4×1.54×3.14×0.007²/4；

＝2.4×10^-5m³/s

q_m＝q_vρ_j

＝2.4×10^-5×1.226。

＝2.94×10^-5kg/s

4、根据射流设计的温度值，调节液氮的冷却功率；

射流的设计温度为5℃，对于直径为60cm，高度为1m的不锈钢保温桶，其中，浸入内径7mm，外径9mm，长度3m的铜管(伸出保温桶外1m)，由长3m的橡胶低温管引出至集气腔，射流集气腔内温度与射流进口的温差为15℃，考虑此种情况下的散热条件，对保温铜中的液氮量估算如下：

Φ＝kπd_ol(t_fi-t_fo)；

k＝1/[d_o/(h_id_i)+d_oln(d_o/d_i)/(2λ)+1/h_o]；

Φ＝Cpρ_ju_jA_jΔT_j；

u_j＝VR×u；

式中，射流空气的比定压热容Cp＝1005J/(kg·K)，铜管外径d_o＝0.009m，与液氮接触铜管长度l＝3m，射流空气温降ΔT_j＝15℃，铜管内径d_i＝0.007m，铜管内壁与空气的对流换热系数h_i＝1W/(m2·K)，铜管外壁与液氮的对流换热系数h_o＝0.1W/(m2·K)，铜管的导热系数λ＝350W/(m·K)，u_j为射流流速，t_fi为射流的设计温度，t_fo为冷却段液氮的平均温度，A_j为铜管的截面积，k为传热系数，ρ_j为射流密度，Φ为换热量。

代入数据得：

Φ＝Cpρ_jVRu×3.14×d_i ²/4×ΔT_j

＝1005×1.226×0.4×1.54×3.14×0.007²/4×15；

＝0.44W

t_fo＝t_fi-Φ/(kπd_ol)

＝(20+5)/2-0.44/{[1/(0.009/(1×0.007)+0.009×

ln(0.009/0.007)/(2×350)+1/0.1)]×3.14×0.009×3}；

＝-54℃

根据保温桶的保温情况和倒入桶中液氮的温度来控制倒入液氮的量，使得实验过程中桶中平均温度保持在-54℃。

5、连接高速相机拍照系统、温度采集系统，待系统稳定，对流动结构进行拍摄，并采集温度结果。

本温度控制方法现实可行，不同工况下的流动结构和冷却效率可以精确地测量，受环境影响小，稳定性好。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于平板射流气膜冷却的实验装置，其特征在于，包括进口段(1)，进口段(1)依次经过翅片加热段(2)、稳流段(3)、过渡段(4)、实验段(5)、扩张段(8)、出口段(9)与风机(10)连接构成主流加热系统，在实验段(5)由透明亚克力板制成，内部阶梯设置有射流板，实验段(5)通过集气腔(17)与射流冷却系统连接，在实验段(5)和集气腔(17)内设置有多个热电偶，所述热电偶均连接至温度数据采集系统，在实验段(5)的外部一侧设置有用于采集流动数据的流动数据采集系统。

2.根据权利要求1所述的一种用于平板射流气膜冷却的实验装置，其特征在于，射流冷却系统包括空压机(11)，空压机(11)经过液氮冷却系统与集气腔(17)连接，液氮冷却系统包括保温桶(14)，保温桶(14)内设置有液氮和冷却管路，冷却管路与集气腔(17)的连接管路上均设置有两层玻璃保温棉。

3.根据权利要求2所述的一种用于平板射流气膜冷却的实验装置，其特征在于，空压机(11)与保温桶(14)之间的管路上依次设置有稳流阀(12)和粒子发生器(13)，保温桶(14)与集气腔(17)之间的管路上设置有流量计(15)，粒子发生器(13)中采用无色或淡黄色油状液体癸二酸二辛脂做为示踪粒子。

4.根据权利要求1所述的一种用于平板射流气膜冷却的实验装置，其特征在于，温度数据采集系统包括温度信号采集系统，温度信号采集系统分别与设置在集气腔(17)内的第一热电偶(16)，设置在收缩段(4)出口处的热电堆(21)，设置在实验段(5)内射流板上游的第三热电偶(22)和射流板下游的第二热电偶(18)连接，用于将采集的温度数据上传至计算机。

5.根据权利要求4所述的一种用于平板射流气膜冷却的实验装置，其特征在于，热电偶均为K型，分度号为TT-K-36-SLE，导线绝缘为PFA铁氟龙，绝缘耐温260℃，线芯直径2×0.127mm，正极为镍铬合金，负极为镍铝合金，中间导体为康铜。

6.根据权利要求1所述的一种用于平板射流气膜冷却的实验装置，其特征在于，进口段(1)的型线采用双纽线，以截取原点和与原点处切线相垂直的点之间的曲线段为进口段(1)的型线。

7.根据权利要求1所述的一种用于平板射流气膜冷却的实验装置，其特征在于，翅片加热段(2)采用若干单根翅片加热管进行电加热，翅片加热管采用横向等距和轴向插排的排布方式，横向间距为翅片加热管的许用间距，轴向间距为横向间距的二倍，在翅片加热段(2)与稳流段(3)的连接处依次设置有蜂窝罩(19)和尼龙滤网(20)，主流加热系统中各段连接处均设置有海绵密封软垫。

8.根据权利要求1所述的一种用于平板射流气膜冷却的实验装置，其特征在于，流动数据采集系统包括片光发生系统(6)和高速相机拍照系统，片光发生系统(6)包括设置升降台，以及设置在升降台上的二维移动滑台，在二维移动滑台的底部连接有光源设备，高速相机拍照系统包括与计算机连接的高速相机(7)，高速相机(7)与实验段(5)水平设置，光源设备与实验段(5)垂直设置。

9.一种利用权利要求1所述实验装置对平板气膜冷却的可视化实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、首先安装风洞系统用支架，将主流加热系统安装在支架上，并与射流冷却系统连接，安装采集系统用支架，在支架上分别安装流动数据采集系统和温度采集系统；

S2、分别启动流动数据采集系统和温度采集系统进行数据采集；

S3、启动风机，根据主流流速和孔径雷诺数推算出风洞进口处速度，根据风洞进口处速度调节风机的工作频率，调整翅片加热段的加热功率控制主流加热系统的温度，打开射流冷却系统稳流阀，启动空压机，调节稳流阀和粒子发生器流量调节阀控制射流速度，调节加入保温桶中的液氮量控制保温桶中温度，进而控制射流冷却系统进入集气腔的温度；

S4、打开激光器预热后，打开片光发生系统，调整片光位置，待射流冷却系统的流量计读数误差不超过±5％，温度采集系统的热电偶读数在五分钟内相对误差不超过3％后捕捉流动和换热实验结果；

S5、对实时采集的流动和换热实验结果数据进行保存，根据需要对保存结果进行截取，得到流动结构图片和绝热冷却效率结果。

10.根据权利要求9所述的一种用于平板气膜冷却的可视化实验方法，其特征在于，步骤S3中，通过加长射流冷却之后管路的长度及控制保温桶中液氮量控制射流冷却系统进入集气腔的温度。