CN202614503U

CN202614503U - 一种用于研究激波与不同形态液体相互作用的装置

Info

Publication number: CN202614503U
Application number: CN 201220233805
Authority: CN
Inventors: 施红辉; 肖毅; 吴宇
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU; Zhejiang University of Science and Technology ZUST
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2022-05-23

Abstract

本实用新型公开了一种用于研究激波与不同形态液体相互作用的装置。其高压气源接高压段，高压段及低压段组成水平激波管，高压段和低压段放置在小车上，小车安装在支架上；实验段分别通过法兰连接在低压段与真空箱之间，带有三通阀的水箱放置在实验段上面，通过水管与安装在实验段上部的进水口连接，真空箱也安装在支架上，实验段下方的支架上设有集水容器。本实用新型的实验段可以进行激波结构，以及激波作用后液体的变化的动态观察与测量，建立排布、形态不同的液体模型，通过使用不同试件，顺利实现激波与液滴、液柱及液幕的相互作用；为开展激波与液体相互作用机理以及激波诱导气液两相流特性研究提供了一种可靠、便捷、高效的实验装置和测试。

Description

一种用于研究激波与不同形态液体相互作用的装置

技术领域

本实用新型涉及多相流体力学、空气动力学行为及特性的实验装置，尤其是涉及一种用于研究激波与不同形态液体相互作用的装置。

背景技术

激波与液体的相互作用是一个典型的多相流体力学问题，对该问题的深入研究具有广泛的理论和现实意义。当高速飞行的航行体穿过雨区时，通常会遇到所谓的超音速雨滴侵蚀现象，研究脱体激波与液滴的相互作用，通过适当的空气动力学设计可以减轻这一侵蚀带来的影响。同时，激波对燃料液体的雾化在内燃机以及燃气轮机的设计开发上也有着重要作用，通过雾化来提高液体与空气的混合程度可以大大提高燃烧效率。另外，激波在气-液系统中的传播和发展，与爆轰发动机和火箭发动机中液体燃料燃烧的稳定性也密切相关。激波抛撒在军事工程以及自然灾害防治方面也有着重要的应用。通过激波抛撒大规模的惰性物质可以阻止火灾的蔓延，通过释放水幕也可以有效地阻止烟尘的扩散。在煤矿和化工厂生产中，抛撒阻燃剂可以防止火灾的发生，在发生爆炸之后，通过准确的控制系统生成多层水幕可以有效地消耗爆炸激波的能量，避免造成重大的安全事故。激波与液体相互作用会造成典型的Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性，该不稳定性在惯性约束核聚变（Inertial Confinement Fusion,ICF）以及超新星（supernova）爆发等方面有着重要的研究意义。自然界与工程实际中液体的形态是千变万化的，因此设计一种可以研究激波与不同形态液体相互作用的实验装置显得尤为重要。

发明内容

针对背景技术中所存在的问题，本实用新型的目的在于提供了一种用于研究激波与不同形态液体相互作用的装置，通过使用不同试件，可以顺利实现激波与液滴、液柱及液幕的相互作用。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

本实用新型其高压气源接高压段，高压段及低压段组成水平激波管，高压段和低压段放置在小车上，小车安装在支架上；实验段分别通过法兰连接在低压段与真空箱之间，带有三通阀的水箱放置在实验段上面，通过水管与安装在实验段上部的进水口连接，真空箱也安装在支架上，实验段下方的支架上设有集水容器。

所述的实验段的径向外截面为方形，在方形的实验段上、下面均为钢板，钢板上分别对称开有方孔，方形的实验段的前、后均为有机玻璃板，方形的实验段上面方孔中装有试件板，试件板轴向开有两个阶梯形通孔，每个阶梯形通孔内分别装有液柱接头，液柱接头中心孔内分别装有尺寸相同的针管；方形的实验段下面装有排水下板，排水下板上分别开有与试件板两个阶梯形通孔同轴布置的排水堵头。

所述的实验段的径向外截面为方形，在方形的实验段上、下面均为钢板，钢板上分别对称开有方孔，方形的实验段的前、后均为有机玻璃板，方形的实验段上面方孔中装有试件板，试件板开有两个垂直于轴线、尺寸相同的长方形通孔，每个长方形通孔内均装有一个能调节长方形通孔宽度的液幕接头，两长方形通孔外设有开口容器；排水下板上分别开有与试件板两长方形通孔同轴布置的排水堵条。

所述的实验段的径向内截面方孔尺寸为120×120mm、长度为520mm，实验段的方形内孔与低压段的方形内孔通过法兰连接。

本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型的实验段可以进行激波结构，以及激波作用后液体的变化的动态观察与测量，可以建立排布、形态不同的液体模型，通过使用不同试件，可以顺利实现激波液滴、液柱及液幕的相互作用；为开展激波与液体相互作用机理以及激波诱导气液两相流特性研究提供了一种可靠、便捷、高效的实验装置和测试。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是实验段的俯视图。

图3是实验段的截面图。

图4是试件板结构图。

图5是液滴接头图。

图6是液柱接头图。

图7是液幕试件图。

图中：1、高压气源，2、高压段，3、低压段，4、实验段，5、真空箱，6、水箱，7、三通阀，8、连接水管，9、集水容器，10、小车，11、支架，12、方孔，13、压板，14、密封垫片，15侧板，16、有机玻璃板，17、顶板，18、试件板，19排水下板，20、内六角螺钉，21、阶梯形通孔，22、针管，23、液柱接头，24、开口容器，25、液幕接头，26、长方形通孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型其高压气源1接高压段2，高压段2及低压段3组成水平激波管，高压段2和低压段3放置在小车10上，小车10安装在支架11上，方便实验完成后更换铝膜；实验段4分别通过法兰连接在低压段3与真空箱5之间，带有三通阀7的水箱6放置在实验段4上面，通过连接水管8与安装在实验段4上部的进水口连接，真空箱5也安装在支架11上，实验段4下方的支架11上设有集水容器9。在高压段2和低压段3之间安装铝膜，并对真空箱抽真空，减轻激波对整个实验装置的破坏；高压气源1向高压段2内注入气体，当内压达到一定值时，气体将击穿安装在高压段2与低压段3之间的铝膜产生激波，液体从水箱6中经过试件注入实验段内，并最终排入集水容器9中；更换试件可以形成单排、双排以及多排的液滴、液柱及液幕，实验段前方的机玻璃板16外安放照明灯和高速摄影仪，以便记录液体的变形情况。

如图2、图3所示，由于激波的传播要求内通道不能出现变形，本实验段采用了如下设计：侧板15与顶板17焊接时保证内截面尺寸与低压段一致，在侧板上开槽装入方形有机玻璃板16，装好密封垫片14之后，通过压板13固定，而保证实验段内截面不出现台阶，影响激波的传播。

如图2、图3、图4、图5、图6所示，所述的实验段4的径向外截面为方形，在方形的实验段4上、下面均为钢板，钢板上分别对称开有方孔12，方形的实验段4的前、后均为有机玻璃板，方形的实验段4上面方孔中装有试件板18，试件板18轴向开有两个阶梯形通孔21，每个阶梯形通孔21内分别装有液柱接头23，用螺纹连接，液柱接头23中心孔内分别装有尺寸相同的针管22；方形的实验段4下面装有排水下板19，排水下板19上分别开有与试件板18两个阶梯形通孔22同轴布置的排水堵头。图4所示为液滴、液柱试件板结构图，图5为液滴接头，图6为液柱接头，单排实验时，右侧孔旋入堵头密封，双排实验时，将液滴接头、液柱接头旋入孔内，然后与水管连接，开启阀门进行实验，在实验段的下部装有对称的排水下板，开孔与上板一致，由于接头的内通道尺寸小于孔的尺寸，液体可以顺利下落至集水容器，形成稳定的液滴、液柱，液柱直径为3、5mm。通过在液柱试件中间安插特制的加长不锈钢针头，调节阀门开度，可以生成0.5-2mm的液滴。试件板18及排水下板19通过内六角螺钉20固定。

如图2、图7所示，所述的实验段4的径向外截面为方形，在方形的实验段4上、下面均为钢板，钢板上分别对称开有方孔，方形的实验段4的前、后均为有机玻璃板，方形的实验段4上面方孔中装有试件板18，试件板18开有两个垂直于轴线、尺寸相同的长方形通孔26，每个长方形通孔26内均装有一个能调节长方形通孔26宽度的液幕接头25，两长方形通孔26外设有开口容器24；排水下板19上分别开有与试件板18两长方形通孔同轴布置的排水堵条。图7所示为液幕试件，单排实验时，右侧孔被堵头堵住，双排孔时可以在孔内装入尺寸不同的液幕接头25，用于控制液幕的厚度，实验段下部安装的排水下板开孔尺寸略大于上方，液体可以顺利排入集水容器，可以形成厚度为3、5mm长为80mm的液幕。

本实用新型实施时，工作流程如下（以双排液柱实验为例）：

1、选定作为高压气源的气体；

2、在高压段与低压段之间安装一定厚度的铝膜；

3、连接液柱接头与水管；

4、调节阀门开度，形成稳定、尺寸一致的双排液柱；

5、打开高速摄影系统并调节光源强度；

6、向高压段内充入气体使铝膜破裂产生运动激波；

7、记录激波与液柱相互作用的过程并保存数据；

8、打开盖板清理实验段内的液体。

Claims

1.一种用于研究激波与不同形态液体相互作用的装置，其高压气源（1）接高压段（2），高压段（2）及低压段（3）组成水平激波管，高压段（2）和低压段（3）放置在小车（10）上，小车（10）安装在支架（11）上；其特征在于：实验段（4）分别通过法兰连接在低压段（3）与真空箱（5）之间，带有三通阀（7）的水箱（6）放置在实验段（4）上面，通过连接水管（8）与安装在实验段（4）上部的进水口连接，真空箱（5）也安装在支架（11）上，实验段（4）下方的支架（11）上设有集水容器（9）。

2.根据权利要求1所述的一种用于研究激波与不同形态液体相互作用的装置，其特征在于：所述的实验段（4）的径向外截面为方形，在方形的实验段（4）上、下面均为钢板，钢板上分别对称开有方孔（12），方形的实验段（4）的前、后均为有机玻璃板，方形的实验段（4）上面方孔中装有试件板（18），试件板（18）轴向开有两个阶梯形通孔（22），每个阶梯形通孔（22）内分别装有液柱接头（23），液柱接头（23）中心孔内分别装有尺寸相同的针管（22）；方形的实验段（4）下面装有排水下板（19），排水下板（19）上分别开有与试件板（18）两个阶梯形通孔（22）同轴布置的排水堵头。

3.根据权利要求1所述的一种用于研究激波与不同形态液体相互作用的装置，其特征在于：所述的实验段（4）的径向外截面为方形，在方形的实验段（4）上、下面均为钢板，钢板上分别对称开有方孔（12），方形的实验段（4）的前、后均为有机玻璃板，方形的实验段（4）上面方孔中装有试件板（18），试件板（18）开有两个垂直于轴线、尺寸相同的长方形通孔（26），每个长方形通孔（26）内均装有一个能调节长方形通孔（26）宽度的液幕接头（25），两长方形通孔（26）外设有开口容器（24）；排水下板（19）上分别开有与试件板（18）两长方形通孔同轴布置的排水堵条。