CN116878813B - 可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型及实验方法，涉及低温结霜研究领域，所述翼型结霜实验模型包括：翼型结构、冷媒液体进管和冷媒液体出管，其中，翼型结构内设有互相连通第一流道和第二流道，翼型结构上设有冷媒进口和冷媒出口，冷媒进口与第一流道连通，冷媒出口与第二流道连通，冷媒液体进管与冷媒进口连通，冷媒液体出管与冷媒出口连通，使用本翼型结霜实验模型，可从展向方向观测翼型表面一周的结霜情况，可用于研究翼型表面各处结霜情况不同的结霜行为。
Description
技术领域
本发明涉及低温结霜研究领域，具体地，涉及可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型及实验方法。
背景技术
某新型低温换热器可将高速流动的高温气体迅速冷却至深低温。当气体被冷却至零下温度后，空气的饱和湿度将大大降低，由此将导致空气中的水蒸气在换热单元的低温表面凝华为霜。这种在高速气流流过换热单元的低温表面结霜的行为属于强对流条件下的低温表面结霜问题。自然对流或低速流动条件下的结霜，霜层较疏松，结霜过程中有明显的稀疏分布的羽毛状晶枝形貌，靠近低温表面的霜层密度较大，靠近霜层表面的霜层密度较小。不同于自然对流或低速流动条件下的结霜，由于气流强烈的剪切作用以及较薄的边界层，强对流条件下结霜的霜层较致密、没有晶枝形貌，且靠近低温表面的霜层密度较小、靠近霜层表面的霜层密度较大。为研究强对流条件下低温翼型的结霜行为特点与规律，需要开展翼型结霜实验并对结霜情况进行观测。在翼型结霜实验中需要在翼型中通入低温冷媒从而使翼型表面发生结霜，现有的翼型结霜实验中，冷媒液体从翼型的一端通入并从翼型另一端流出，在翼型的两端均有冷媒液体接头阻挡视线，只能从翼型上方向下观测结霜情况，这样只能观测到翼型前缘和翼型后缘的霜层厚度，无法从展向方向观测翼型表面一周的霜层厚度分布及结霜形貌。
发明内容
为了观测翼型表面一周的霜层厚度分布及结霜形貌，本发明提出了从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型及实验方法，以满足从翼型的一端观测翼型表面结霜情况的需求。
为实现上述目的，本发明提供了可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型，所述翼型结霜实验模型包括：
翼型结构、冷媒液体进管和冷媒液体出管，其中，翼型结构内设有互相连通第一流道和第二流道，翼型结构上设有冷媒进口和冷媒出口，冷媒进口与第一流道连通，冷媒出口与第二流道连通，冷媒液体进管与冷媒进口连通，冷媒液体出管与冷媒出口连通。
其中，本发明的工作原理为：在翼型的一端同时设置冷媒液体的进口和出口，翼型中间设置内部回流流道连接冷媒液体的进口和出口，由此可从翼型模型的一端进出冷媒冷却翼型模型，并可从翼型模型的另一端观测翼型模型上的结霜情况。
进一步的，所述翼型结霜实验模型采用一体成型工艺制成，利用一体成型工艺能够提高加工效率和质量，以及能够简化翼型结霜实验模型的结构和减小翼型结霜实验模型的体积。
进一步的，所述翼型结霜实验模型还包括：第一热电偶和第二热电偶，第一热电偶和第二热电偶分别安装在所述翼型结构上的第一热电偶安装孔和第二热电偶安装孔中，第一热电偶和第二热电偶分别用于测量冷媒液体进管和冷媒液体出管内的冷媒液体温度。利用热电偶方便测量冷媒液体温度，便于获得冷媒温度数据对实验进行控制。
进一步的，所述翼型结构的前缘和后缘分别设有用于与风洞试验段定位孔对接的定位销头。利用定位销头插入定位孔内便于将翼型结构安装在风洞试验段内进行试验。
进一步的，所述翼型结构内设有空腔，空腔内安装有分隔件，分隔件一端与翼型结构内壁一侧连接，分隔件另一端向翼型结构内壁另一侧延伸，且分隔件另一端与翼型结构内壁另一侧之间具有间隙。分隔件一端与冷媒进口和冷媒出口所在侧的内壁连接，分隔件另一端朝向所述翼型结构另一侧内壁延伸，分隔件将翼型结构内的空腔分隔为两个连通的子空腔，两个子空腔分别对应两个流道，两个流道在分隔件另一端处连通。
进一步的，所述分隔件包括第一通道隔档、第二通道隔档和第三通道隔档，第一通道隔档一端向所述冷媒进口延伸且与翼型结构内壁连接，第二通道隔档一端向所述冷媒出口延伸且与翼型结构内壁连接，第一通道隔档另一端和第二通道隔档另一端均与所述第三通道隔档的一端连接，所述第三通道隔档的另一端向翼型结构内壁另一侧延伸且与翼型结构内壁另一侧之间具有间隙。分隔件这样设计的目的是利用第一通道隔档和第二通道隔档一方面实现两个通道的分隔，另一方面实现冷媒液体的导流，便于冷媒液体的快速流通，减少流速损耗。
进一步的，所述分隔件安装在所述翼型结构厚度最大位置对应处。分隔件这样设计的目的同样是便于冷媒液体的快速流通，减少流速损耗。
本发明还提供了基于所述的可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型的实验方法，所述实验方法包括：
步骤1：将翼型结构从风洞试验段上对应的翼型孔穿过；
步骤2：将翼型结构上前后缘上的定位销头分别插入风洞试验段上的定位孔中；
步骤3：开启冷媒液体的传输；
步骤4：开启风洞进行试验，利用气流吹向所述翼型结构；
步骤5：观测所述翼型结构的结霜情况获得实验结果。
通过本方法可以实现翼型结构在风洞试验段内的安装和实验，并且能够从翼型结构展向观察翼型结构的结霜情况。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
使用本翼型结霜实验模型，可从展向方向观测翼型表面一周的结霜情况，可用于研究翼型表面各处结霜情况不同的结霜行为。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1为翼型展向示意图；
图2为可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型的结构示意图；
图3为翼型结霜实验模型在实验段的安装示意图；
其中，1-翼型模型内部通道，2-冷媒液体进管，3-冷媒液体出管，4-销头，5-冷媒进口，6-热电偶安装孔，7-分隔件。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
请参考图1，图1为翼型展向示意图，本实施例即为了实现从该方向对翼型结霜实验进行观测，为此本发明进行了如下改进，请参考图2，图2为可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型的结构示意图，本发明提供了可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型，所述翼型结霜实验模型包括：
翼型结构、冷媒液体进管2和冷媒液体出管3，其中，翼型结构内设有互相连通第一流道和第二流道，第一流道和第二流道连通组成了翼型模型内部通道1，翼型结构上设有冷媒进口5和冷媒出口，冷媒进口与第一流道连通，冷媒出口与第二流道连通，冷媒液体进管与冷媒进口连通，冷媒液体出管与冷媒出口连通。
翼型结霜实验模型为3D打印一体成型的金属铝件（本例中翼型外形为NACA0012，弦长50mm，也可以采用其他方式或材料制作翼型结霜实验模型，本发明实施例不进行具体的限定）。在翼型结霜实验模型的一侧为完整翼型外形即翼型结构，在模型的另一侧突出一个三角形（或其他形状）的位置便于安装热电偶以及便于设置冷媒的进口和出口接头管道（本例中接头管道为Φ8mm×1.5mm），并在此处连接冷媒供给管道。在翼型结霜实验模型内部设置连接冷媒进口和出口的回流通道。在与实验段壁面接触处设置定位销头，风洞实验段壁面有与翼型实验件同样形状的翼型孔，并在前后缘位置设置定位槽。模型安装时，通过翼型结霜模型的定位销头和试验段壁面上定位槽的配合，以保证翼型结霜模型的安装角度（本例中为0°攻角）。在翼型实验件上正对冷媒进出口的位置安装T型裸头热电偶（第一热电偶和第二热电偶，第一热电偶和第二热电偶分别安装在所述对接结构上的热电偶安装孔6，如第一热电偶安装孔和第二热电偶安装孔中），以测量进出冷媒进口和冷媒出口的冷媒温度。
下面对翼型结构的内部流道结构进行介绍：
所述翼型结构内设有空腔，空腔内安装有分隔件7，分隔件一端与翼型结构内壁一侧连接，分隔件另一端向翼型结构内壁另一侧延伸，且分隔件另一端与翼型结构内壁另一侧之间具有间隙。
其中，分隔件可以是分隔板，也可以是金属片，也可以是多个通道隔档。
为了实现良好的导流效果，便于冷媒液体的快速流通，减少流速损耗，所述分隔件包括第一通道隔档、第二通道隔档和第三通道隔档，第一通道隔档一端向所述冷媒进口延伸且与翼型结构内壁连接，第二通道隔档一端向所述冷媒出口延伸且与翼型结构内壁连接，第一通道隔档另一端和第二通道隔档另一端均与所述第三通道隔档的一端连接，所述第三通道隔档的另一端向翼型结构内壁另一侧延伸且与翼型结构内壁另一侧之间具有间隙。
其中，所述分隔件优选安装在所述翼型结构厚度最大位置对应处。
实施例二
在实施例一的基础上，请参考图3，图3为翼型结霜实验模型在实验段的安装示意图，本发明实施例二基于所述的可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型的实验方法，所述实验方法包括：
步骤1：将翼型结构从风洞试验段上对应的翼型孔穿过；
步骤2：将翼型结构上前后缘上的定位销头分别插入风洞试验段上的定位孔中；
步骤3：开启冷媒液体的传输；
步骤4：开启风洞进行试验，利用气流吹向所述翼型结构；
步骤5：观测所述翼型结构的结霜情况获得实验结果。
其中，为了实现良好的实验效果，翼型孔的尺寸需与翼型结构的尺寸匹配。
其中，步骤5中观测时可以从展向，也可以从其他方向观测翼型结构的结霜情况，本实施例可以实现多方向观测。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型，其特征在于，所述翼型结霜实验模型包括：
翼型结构、冷媒液体进管和冷媒液体出管，其中，翼型结构内设有互相连通第一流道和第二流道，翼型结构上设有冷媒进口和冷媒出口，冷媒进口与第一流道连通，冷媒出口与第二流道连通，冷媒液体进管与冷媒进口连通，冷媒液体出管与冷媒出口连通；
翼型结霜实验模型的一侧为完整翼型外形，翼型结霜实验模型的另一侧设置有冷媒液体的进口和出口接头管道，在进口和出口接头管道处连接冷媒液体供给管道，翼型结霜实验模型在与风洞实验段壁面接触处设置定位销头，风洞实验段壁面具有与翼型结霜实验模型同样形状的翼型孔，风洞实验段壁面前后缘位置处设置有与定位销头配合的定位槽。
2.根据权利要求1所述的可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型，其特征在于，所述翼型结霜实验模型采用一体成型制成。
3.根据权利要求2所述的可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型，其特征在于，所述翼型结霜实验模型还包括：第一热电偶和第二热电偶，第一热电偶和第二热电偶分别安装在所述翼型结构上的第一热电偶安装孔和第二热电偶安装孔中，第一热电偶和第二热电偶分别用于测量冷媒液体进管和冷媒液体出管内的冷媒液体温度。
4.根据权利要求1所述的可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型，其特征在于，所述翼型结构内设有空腔，空腔内安装有分隔件，分隔件一端与翼型结构内壁一侧连接，分隔件另一端向翼型结构内壁另一侧延伸，且分隔件另一端与翼型结构内壁另一侧之间具有间隙。
5.根据权利要求4所述的可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型，其特征在于，所述分隔件包括第一通道隔档、第二通道隔档和第三通道隔档，第一通道隔档一端向所述冷媒进口延伸且与翼型结构内壁连接，第二通道隔档一端向所述冷媒出口延伸且与翼型结构内壁连接，第一通道隔档另一端和第二通道隔档另一端均与所述第三通道隔档的一端连接，所述第三通道隔档的另一端向翼型结构内壁另一侧延伸且与翼型结构内壁另一侧之间具有间隙。
6.根据权利要求4所述的可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型，其特征在于，所述分隔件安装在所述翼型结构厚度最大位置对应处。
7.基于权利要求1-6中任意一项所述的可从展向方向观测结霜的翼型结霜实验模型的实验方法，其特征在于，所述实验方法包括：
步骤1：将翼型结构从风洞试验段上对应的翼型孔穿过；
步骤2：将翼型结构上前后缘上的定位销头分别插入风洞试验段上的定位孔中；
步骤3：开启冷媒液体的传输；
步骤4：开启风洞进行试验，利用气流吹向所述翼型结构；
步骤5：观测所述翼型结构的结霜情况获得实验结果。
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| 飞机机翼积冰研究方法和进展分析;刘成学;王永忠;;西安航空学院学报(第03期);第28-32页 * |
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