CN206177550U - 一种小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置。其包括主流供气加热装置、试验段装置、粒子喷涂装置、冷流供气装置和数据采集系统；主流供气加热装置包括鼓风机、涡街流量计、塑料管道、空气加热器和铁质圆柱管道；试验段装置包括方形管道、皮托管、压力变送器、铠装热电偶、实验平板、集气室、观测窗口和热电偶；粒子喷涂装置包括塑料软管、高温加热桶、石蜡、气动双隔膜泵和雾化喷头；冷流供气装置包括压缩机、塑料箱、盘旋式铜管、冷却液、长直圆柱铁管、皮托管、压力变送器、热电偶和浮子流量计；数据采集系统包括红外摄像仪、摄像机、数据采集模块和计算机；本实用新型具有空间利用小、成本较低、操作简便且功能齐全等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于流体力学技术领域，具体涉及一种小型具有气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置。
背景技术
气膜冷却技术在航空发动机领域应用广泛。颗粒物在涡轮叶片表面的沉积会对气膜冷却产生负面影响，沉积物的积累会改变发动机零部件的表面形状，减小气膜孔面积和冷却气体的流通面积，使气膜冷却效率下降，严重时甚至会导致涡轮叶片的失效。目前，气膜冷却与沉积物之间的相互作用的研究大多还停留在单纯用数值模拟分析阶段，对于实验研究还很少，而国内大部分的风洞占地面积较大、造价不菲、运行成本高，因此一些小型科研单位无法拥有自己的实验风洞。因此设计一种小型具有气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置成为必要。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种小型具有气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置。
为了达到上述目的，本实用新型提供的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置包括主流供气加热装置、试验段装置、粒子喷涂装置、冷流供气装置和数据采集系统；
所述的主流供气加热装置包括鼓风机、涡街流量计、塑料管道、空气加热器和铁质圆柱管道；其中塑料管道连接在鼓风机出口和空气加热器进口之间；鼓风机上安装有阀门，便于调节主流气体供气量；空气加热器上设有温控装置，能够准确控制主流气体温度；涡街流量计安装在塑料管道上；铁质圆柱管道的一端连接在空气加热器的出口；
所述的试验段装置包括方形管道、皮托管、压力变送器、铠装热电偶、带有气膜孔的实验平板、集气室、观测窗口和热电偶；其中方形管道水平设置，一端与铁质圆柱管道的另一端相连接，上端设有观测窗口和能够开启以便更换带有气膜孔的实验平板的盖板；带有气膜孔的实验平板放置在位于观测窗口下方的方形管道内部底面上；皮托管安装在方形管道上，通过数据线及压力变送器与数据采集系统中的数据采集模块电连接；铠装热电偶也安装在方形管道上，通过数据线与数据采集系统中的数据采集模块电连接；热电偶固定在带有气膜孔的实验平板表面上，并通过数据线与数据采集系统中的数据采集模块电连接；集气室的上端连接在位于带有气膜孔的实验平板下部的方形管道底面上；
所述的粒子喷涂装置包括塑料软管、高温加热桶、石蜡、气动双隔膜泵和雾化喷头；高温加热桶内装有石蜡，并且高温加热桶上具有温控装置；气动双隔膜泵的进口管道浸没在石蜡中，出口连接塑料软管的一端，塑料软管的另一端连接在设置于铁质圆柱管道内部的雾化喷头上；
所述的冷流供气装置包括带集气罐的压缩机、塑料箱、盘旋式铜管、冷却液、长直圆柱铁管、皮托管、压力变送器、热电偶和浮子流量计；其中塑料箱内盛有冷却液；盘旋式铜管浸没在冷却液中，一端通过管道与带集气罐的压缩机的一个出口相连，另一端通过管道与长直圆柱铁管的一端相连，并且带集气罐的压缩机的另一个出口还通过管路与气动双隔膜泵的进口相连；长直圆柱铁管的另一端通过管道与集气室的底部相连接；皮托管安装在长直圆柱铁管上，通过数据线及压力变送器与数据采集系统中的数据采集模块电连接；铠装热电偶也安装在长直圆柱铁管上，通过数据线与数据采集系统中的数据采集模块电连接；浮子流量计安装在连接于长直圆柱铁管和集气室之间的管道上；
所述的数据采集系统包括红外摄像仪、红外摄像仪支架、摄像机、摄像机支架、数据采集模块和计算机；其中红外摄像仪通过红外摄像仪支架固定在方形管道上方，并能够透过观测窗口实时记录带有气膜孔的实验平板的表面温度；摄像机通过摄像机支架倾斜固定在方形管道上方，并能够透过观测窗口拍摄石蜡在带有气膜孔的实验平板上的沉积情况；数据采集模块通过数据线与计算机电连接。
所述的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置还包括安装在铁质圆柱管道内部的整流格栅，用于对主流气体起整流稳定作用。
所述的计算机为工控机。
所述的观测窗口为氟化钙窗口。
所述的管道上均设有阀门。
本实用新型提供的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置具有空间利用小、成本较低、操作简便且功能齐全等优点。
附图说明
图1为本实用新型提供的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型提供的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置进行详细说明。
如图1所示，本实用新型提供的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置包括主流供气加热装置、试验段装置、粒子喷涂装置、冷流供气装置和数据采集系统；
所述的主流供气加热装置包括鼓风机1、涡街流量计2、塑料管道3、空气加热器4和铁质圆柱管道5；其中塑料管道3连接在鼓风机1出口和空气加热器4进口之间；鼓风机1上安装有阀门，便于调节主流气体供气量；空气加热器4上设有温控装置，能够准确控制主流气体温度；涡街流量计2安装在塑料管道3上；铁质圆柱管道5的一端连接在空气加热器4的出口；
所述的试验段装置包括方形管道6、皮托管8、压力变送器9、铠装热电偶10、带有气膜孔的实验平板11、集气室12、观测窗口13和热电偶14；其中方形管道6水平设置，一端与铁质圆柱管道5的另一端相连接，上端设有观测窗口13和能够开启以便更换带有气膜孔的实验平板11的盖板；带有气膜孔的实验平板11放置在位于观测窗口13下方的方形管道6内部底面上；皮托管8安装在方形管道6上，通过数据线及压力变送器9与数据采集系统中的数据采集模块30电连接；铠装热电偶10也安装在方形管道6上，通过数据线与数据采集系统中的数据采集模块30电连接；热电偶14固定在带有气膜孔的实验平板11表面上，并通过数据线与数据采集系统中的数据采集模块30电连接；集气室12的上端连接在位于带有气膜孔的实验平板11下部的方形管道6底面上；
所述的粒子喷涂装置包括塑料软管16、高温加热桶17、石蜡18、气动双隔膜泵19和雾化喷头20；高温加热桶17内装有石蜡18，并且高温加热桶17上具有温控装置；气动双隔膜泵19的进口管道浸没在石蜡18中，出口连接塑料软管16的一端，塑料软管16的另一端连接在设置于铁质圆柱管道5内部的雾化喷头20上；
所述的冷流供气装置包括带集气罐的压缩机15、塑料箱21、盘旋式铜管22、冷却液23、长直圆柱铁管24、皮托管8、压力变送器9、热电偶10和浮子流量计25；其中塑料箱21内盛有冷却液23；盘旋式铜管22浸没在冷却液23中，一端通过管道与带集气罐的压缩机15的一个出口相连，另一端通过管道与长直圆柱铁管24的一端相连，并且带集气罐的压缩机15的另一个出口还通过管路与气动双隔膜泵19的进口相连；长直圆柱铁管24的另一端通过管道与集气室12的底部相连接；皮托管8安装在长直圆柱铁管24上，通过数据线及压力变送器9与数据采集系统中的数据采集模块30电连接；铠装热电偶10也安装在长直圆柱铁管24上，通过数据线与数据采集系统中的数据采集模块30电连接；浮子流量计25安装在连接于长直圆柱铁管24和集气室12之间的管道上；
所述的数据采集系统包括红外摄像仪26、红外摄像仪支架27、摄像机28、摄像机支架29、数据采集模块30和计算机32；其中红外摄像仪26通过红外摄像仪支架27固定在方形管道6上方，并能够透过观测窗口13实时记录带有气膜孔的实验平板11的表面温度；摄像机28通过摄像机支架29倾斜固定在方形管道6上方，并能够透过观测窗口13拍摄石蜡18在带有气膜孔的实验平板11上的沉积情况；数据采集模块30通过数据线31与计算机32电连接。
所述的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置还包括安装在铁质圆柱管道5内部的整流格栅7，用于对主流气体起整流稳定作用。
所述的计算机32为工控机。
所述的观测窗口13为氟化钙窗口。
所述的管道上均设有阀门。
现将本实用新型提供的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置工作原理阐述如下：
1)首先由工作人员开启高温加热桶17上的温控装置，并设定石蜡18的熔融温度；
2)当石蜡18全部融化后，开启鼓风机1和空气加热器4，这时，鼓风机1将通过塑料管道3向空气加热器4内部提供主流气体，在此过程中可调节鼓风机1上的阀门，以使涡街流量计2的示数达到预定流量值，同时调节空气加热器4上的温控装置，直至其内部的主流气体达到预定的温度；之后该主流气体将流到铁质圆柱管道5内部，在此过程中由整流格栅7对上述主流气体进行整流，以使其稳定，最后流入方形管道6内部；
3)当主流气体的流量和温度达到预定值之后，开启带集气罐的压缩机15，待集气罐内的压力达到一定值后，打开通往盘旋式铜管22的管道上的阀门，这时由压缩机15提供的压缩空气将通入盘旋式铜管22的内部，在此过程中，利用冷却液23对盘旋式铜管22内部的压缩空气进行冷却；然后再通过管道及长直圆柱铁管24提供给集气室12的内部，同时观察浮子流量计25的刻度，利用调节上述管道上阀门开度的方式使冷流气体的流量达到预定值；流入集气室12内部的冷流气体将以热传导的方式通过方形管道6对带有气膜孔的实验平板11进行冷却；
4)打开带集气罐的压缩机15和气动双隔膜泵19之间管道上的阀门，然后调节气动双隔膜泵19上的压力阀，使气动双隔膜泵19能够在带集气罐的压缩机15提供的压缩空气下正常工作，之后利用气动双隔膜泵19将高温加热桶17内的液态石蜡通过经过塑料软管16提供给雾化喷头20，然后由雾化喷头20以雾化的形式喷入到铁质圆柱管道5内部的主流气体中，之后随主流气体一起流入方形管道6内部，最后雾化后的石蜡遇冷将凝结在带有气膜孔的实验平板11的表面；
5)利用红外摄像仪26透过观测窗口13实时记录带有气膜孔的实验平板11的表面温度，同时利用摄像机28透过观测窗口13拍摄石蜡18在带有气膜孔的实验平板11上的沉积情况；两个皮托管8所测得的方形管道6及长直圆柱铁管24内的压力信号将分别通过与其相连的压力变送器9转换成电信号，然后通过数据线传送给数据采集模块30，两个铠装热电偶10所测得的方形管道6及长直圆柱铁管24内的温度信号将通过数据线传送给数据采集模块30，之后由数据采集模块30通过数据线31将上述压力及温度信号传输给计算机32，最后由计算机32利用其内的数据采集分析程序进行处理后进行显示及存储，从而可为实验提供最准确及时的数据信息。
Claims (5)
1.一种小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置，其特征在于：所述的风洞实验装置包括主流供气加热装置、试验段装置、粒子喷涂装置、冷流供气装置和数据采集系统；
所述的主流供气加热装置包括鼓风机(1)、涡街流量计(2)、塑料管道(3)、空气加热器(4)和铁质圆柱管道(5)；其中塑料管道(3)连接在鼓风机(1)出口和空气加热器(4)进口之间；鼓风机(1)上安装有阀门，便于调节主流气体供气量；空气加热器(4)上设有温控装置，能够准确控制主流气体温度；涡街流量计(2)安装在塑料管道(3)上；铁质圆柱管道(5)的一端连接在空气加热器(4)的出口；
所述的试验段装置包括方形管道(6)、皮托管(8)、压力变送器(9)、铠装热电偶(10)、带有气膜孔的实验平板(11)、集气室(12)、观测窗口(13)和热电偶(14)；其中方形管道(6)水平设置，一端与铁质圆柱管道(5)的另一端相连接，上端设有观测窗口(13)和能够开启以便更换带有气膜孔的实验平板(11)的盖板；带有气膜孔的实验平板(11)放置在位于观测窗口(13)下方的方形管道(6)内部底面上；皮托管(8)安装在方形管道(6)上，通过数据线及压力变送器(9)与数据采集系统中的数据采集模块(30)电连接；铠装热电偶(10)也安装在方形管道(6)上，通过数据线与数据采集系统中的数据采集模块(30)电连接；热电偶(14)固定在带有气膜孔的实验平板(11)表面上，并通过数据线与数据采集系统中的数据采集模块(30)电连接；集气室(12)的上端连接在位于带有气膜孔的实验平板(11)下部的方形管道(6)底面上；
所述的粒子喷涂装置包括塑料软管(16)、高温加热桶(17)、石蜡(18)、气动双隔膜泵(19)和雾化喷头(20)；高温加热桶(17)内装有石蜡(18)，并且高温加热桶(17)上具有温控装置；气动双隔膜泵(19)的进口管道浸没在石蜡(18)中，出口连接塑料软管(16)的一端，塑料软管(16)的另一端连接在设置于铁质圆柱管道(5)内部的雾化喷头(20)上；
所述的冷流供气装置包括带集气罐的压缩机(15)、塑料箱(21)、盘旋式铜管(22)、冷却液(23)、长直圆柱铁管(24)、皮托管(8)、压力变送器(9)、热电偶(10)和浮子流量计(25)；其中塑料箱(21)内盛有冷却液(23)；盘旋式铜管(22)浸没在冷却液(23)中，一端通过管道与带集气罐的压缩机(15)的一个出口相连，另一端通过管道与长直圆柱铁管(24)的一端相连，并且带集气罐的压缩机(15)的另一个出口还通过管路与气动双隔膜泵(19)的进口相连；长直圆柱铁管(24)的另一端通过管道与集气室(12)的底部相连接；皮托管(8)安装在长直圆柱铁管(24)上，通过数据线及压力变送器(9)与数据采集系统中的数据采集模块(30)电连接；铠装热电偶(10)也安装在长直圆柱铁管(24)上，通过数据线与数据采集系统中的数据采集模块(30)电连接；浮子流量计(25)安装在连接于长直圆柱铁管(24)和集气室(12)之间的管道上；
所述的数据采集系统包括红外摄像仪(26)、红外摄像仪支架(27)、摄像机(28)、摄像机支架(29)、数据采集模块(30)和计算机(32)；其中红外摄像仪(26)通过红外摄像仪支架(27)固定在方形管道(6)上方，并能够透过观测窗口(13)实时记录带有气膜孔的实验平板(11)的表面温度；摄像机(28)通过摄像机支架(29)倾斜固定在方形管道(6)上方，并能够透过观测窗口(13)拍摄石蜡(18)在带有气膜孔的实验平板(11)上的沉积情况；数据采集模块(30)通过数据线(31)与计算机(32)电连接。
2.根据权利要求1所述的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置，其特征在于：所述的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置还包括安装在铁质圆柱管道(5)内部的整流格栅(7)，用于对主流气体起整流稳定作用。
3.根据权利要求1所述的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置，其特征在于：所述的计算机(32)为工控机。
4.根据权利要求1所述的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置，其特征在于：所述的观测窗口(13)为氟化钙窗口。
5.根据权利要求1所述的小型带气膜冷却和粒子喷涂功能的风洞实验装置，其特征在于：所述的管道上均设有阀门。
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| CN107367899A (zh) * | 2017-08-21 | 2017-11-21 | 北京航空航天大学 | 一种旋转状态下涡轮动叶前缘气膜拍摄系统 |
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