專利名稱：一種用于研究激波與不同形態(tài)液體相互作用的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多相流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)行為及特性的實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是涉及一種用于研究激波與不同形態(tài)液體相互作用的裝置。
背景技術(shù)：
激波與液體的相互作用是一個(gè)典型的多相流 體力學(xué)問題，對(duì)該問題的深入研究具有廣泛的理論和現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)高速飛行的航行體穿過雨區(qū)時(shí)，通常會(huì)遇到所謂的超音速雨滴侵蝕現(xiàn)象，研究脫體激波與液滴的相互作用，通過適當(dāng)?shù)目諝鈩?dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)可以減輕這一侵蝕帶來的影響。同時(shí)，激波對(duì)燃料液體的霧化在內(nèi)燃機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)上也有著重要作用，通過霧化來提高液體與空氣的混合程度可以大大提高燃燒效率。另外，激波在氣-液系統(tǒng)中的傳播和發(fā)展，與爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中液體燃料燃燒的穩(wěn)定性也密切相關(guān)。激波拋撒在軍事工程以及自然災(zāi)害防治方面也有著重要的應(yīng)用。通過激波拋撒大規(guī)模的惰性物質(zhì)可以阻止火災(zāi)的蔓延，通過釋放水幕也可以有效地阻止煙塵的擴(kuò)散。在煤礦和化工廠生產(chǎn)中，拋撒阻燃劑可以防止火災(zāi)的發(fā)生，在發(fā)生爆炸之后，通過準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)生成多層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。激波與液體相互作用會(huì)造成典型的Richtmyer-Meshkov (RM)不穩(wěn)定性，該不穩(wěn)定性在慣性約束核聚變(Inertial Confinement Fusion, ICF)以及超新星(supernova)爆發(fā)等方面有著重要的研究意義。自然界與工程實(shí)際中液體的形態(tài)是千變?nèi)f化的，因此設(shè)計(jì)一種可以研究激波與不同形態(tài)液體相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置顯得尤為重要。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)背景技術(shù)中所存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供了一種用于研究激波與不同形態(tài)液體相互作用的裝置，通過使用不同試件，可以順利實(shí)現(xiàn)激波與液滴、液柱及液幕的相互作用。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型其高壓氣源接高壓段，高壓段及低壓段組成水平激波管，高壓段和低壓段放置在小車上，小車安裝在支架上；實(shí)驗(yàn)段分別通過法蘭連接在低壓段與真空箱之間，帶有三通閥的水箱放置在實(shí)驗(yàn)段上面，通過水管與安裝在實(shí)驗(yàn)段上部的進(jìn)水口連接，真空箱也安裝在支架上，實(shí)驗(yàn)段下方的支架上設(shè)有集水容器。所述的實(shí)驗(yàn)段的徑向外截面為方形，在方形的實(shí)驗(yàn)段上、下面均為鋼板，鋼板上分別對(duì)稱開有方孔，方形的實(shí)驗(yàn)段的前、后均為有機(jī)玻璃板，方形的實(shí)驗(yàn)段上面方孔中裝有試件板，試件板軸向開有兩個(gè)階梯形通孔，每個(gè)階梯形通孔內(nèi)分別裝有液柱接頭，液柱接頭中心孔內(nèi)分別裝有尺寸相同的針管；方形的實(shí)驗(yàn)段下面裝有排水下板，排水下板上分別開有與試件板兩個(gè)階梯形通孔同軸布置的排水堵頭。所述的實(shí)驗(yàn)段的徑向外截面為方形，在方形的實(shí)驗(yàn)段上、下面均為鋼板，鋼板上分別對(duì)稱開有方孔，方形的實(shí)驗(yàn)段的前、后均為有機(jī)玻璃板，方形的實(shí)驗(yàn)段上面方孔中裝有試件板，試件板開有兩個(gè)垂直于軸線、尺寸相同的長方形通孔，每個(gè)長方形通孔內(nèi)均裝有一個(gè)能調(diào)節(jié)長方形通孔寬度的液幕接頭，兩長方形通孔外設(shè)有開口容器；排水下板上分別開有與試件板兩長方形通孔同軸布置的排水堵條。所述的實(shí)驗(yàn)段的徑向內(nèi)截面方孔尺寸為120X 120mm、長度為520mm，實(shí)驗(yàn)段的方形內(nèi)孔與低壓段的方形內(nèi)孔通過法蘭連接。本實(shí)用新型具有的有益效果是本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)段可以進(jìn)行激波結(jié)構(gòu)，以及激波作用后液體的變化的動(dòng)態(tài)觀察與測量，可以建立排布、形態(tài)不同的液體模型，通過使用不同試件，可以順利實(shí)現(xiàn)激波液滴、液柱及液幕的相互作用；為開展激波與液體相互作用機(jī)理以及激波誘導(dǎo)氣液兩相流特性研究提供了一種可靠、便捷、高效的實(shí)驗(yàn)裝置和測試。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實(shí)驗(yàn)段的俯視圖。圖3是實(shí)驗(yàn)段的截面圖。圖4是試件板結(jié)構(gòu)圖。圖5是液滴接頭圖。圖6是液柱接頭圖。圖7是液幕試件圖。圖中1、高壓氣源，2、高壓段，3、低壓段，4、實(shí)驗(yàn)段，5、真空箱，6、水箱，7、三通閥，8、連接水管，9、集水容器，10、小車，11、支架，12、方孔，13、壓板，14、密封墊片，15側(cè)板，16、有機(jī)玻璃板，17、頂板，18、試件板，19排水下板，20、內(nèi)六角螺釘，21、階梯形通孔，22、針管，23、液柱接頭，24、開口容器，25、液幕接頭，26、長方形通孔。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。如圖I所示，本實(shí)用新型其高壓氣源I接高壓段2，高壓段2及低壓段3組成水平激波管，高壓段2和低壓段3放置在小車10上，小車10安裝在支架11上，方便實(shí)驗(yàn)完成后更換鋁膜；實(shí)驗(yàn)段4分別通過法蘭連接在低壓段3與真空箱5之間，帶有三通閥7的水箱6放置在實(shí)驗(yàn)段4上面，通過連接水管8與安裝在實(shí)驗(yàn)段4上部的進(jìn)水口連接，真空箱5也安裝在支架11上，實(shí)驗(yàn)段4下方的支架11上設(shè)有集水容器9。在高壓段2和低壓段3之間安裝鋁膜，并對(duì)真空箱抽真空，減輕激波對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的破壞；高壓氣源I向高壓段2內(nèi)注入氣體，當(dāng)內(nèi)壓達(dá)到一定值時(shí)，氣體將擊穿安裝在高壓段2與低壓段3之間的鋁膜產(chǎn)生激波，液體從水箱6中經(jīng)過試件注入實(shí)驗(yàn)段內(nèi)，并最終排入集水容器9中；更換試件可以形成單排、雙排以及多排的液滴、液柱及液幕，實(shí)驗(yàn)段前方的機(jī)玻璃板16外安放照明燈和高速攝影儀，以便記錄液體的變形情況。如圖2、圖3所示，由于激波的傳播要求內(nèi)通道不能出現(xiàn)變形，本實(shí)驗(yàn)段采用了如下設(shè)計(jì)側(cè)板15與頂板17焊接時(shí)保證內(nèi)截面尺寸與低壓段一致，在側(cè)板上開槽裝入方形有機(jī)玻璃板16，裝好密封墊片14之后，通過壓板13固定，而保證實(shí)驗(yàn)段內(nèi)截面不出現(xiàn)臺(tái)階，影響激波的傳播。如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，所述的實(shí)驗(yàn)段4的徑向外截面為方形，在方形的實(shí)驗(yàn)段4上、下面均為鋼板，鋼板上分別對(duì)稱開有方孔12，方形的實(shí)驗(yàn)段4的前、后均為有機(jī)玻璃板，方形的實(shí)驗(yàn)段4上面方孔中裝有試件板18，試件板18軸向開有兩個(gè)階梯形通孔21，每個(gè)階梯形通孔21內(nèi)分別裝有液柱接頭23，用螺紋連接，液柱接頭23中心孔內(nèi)分別裝有尺寸相同的針管22 ;方形的實(shí)驗(yàn)段4下面裝有排水下板19，排水下板19上分別開有與試件板18兩個(gè)階梯形通孔22同軸布置的排水堵頭。圖4所示為液滴、液柱試件板結(jié)構(gòu)圖，圖5為液滴接頭，圖6為液柱接頭，單排實(shí)驗(yàn)時(shí)，右側(cè)孔旋入堵頭密封，雙排實(shí)驗(yàn)時(shí)，將液滴接頭、液柱接頭旋入孔內(nèi)，然后與水管連接，開啟閥門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)段的下部裝有對(duì)稱的排水下板，開孔與上板一致，由于接頭的內(nèi)通道尺寸小于孔的尺寸，液體可以順利下落至集水容器，形成穩(wěn)定的液滴、液柱，液柱直徑為3、5_。通過在液柱試件 中間安插特制的加長不銹鋼針頭，調(diào)節(jié)閥門開度，可以生成O. 5-2mm的液滴。試件板18及排水下板19通過內(nèi)六角螺釘20固定。如圖2、圖7所示，所述的實(shí)驗(yàn)段4的徑向外截面為方形，在方形的實(shí)驗(yàn)段4上、下面均為鋼板，鋼板上分別對(duì)稱開有方孔，方形的實(shí)驗(yàn)段4的前、后均為有機(jī)玻璃板，方形的實(shí)驗(yàn)段4上面方孔中裝有試件板18，試件板18開有兩個(gè)垂直于軸線、尺寸相同的長方形通孔26，每個(gè)長方形通孔26內(nèi)均裝有一個(gè)能調(diào)節(jié)長方形通孔26寬度的液幕接頭25，兩長方形通孔26外設(shè)有開口容器24 ;排水下板19上分別開有與試件板18兩長方形通孔同軸布置的排水堵條。圖7所示為液幕試件，單排實(shí)驗(yàn)時(shí)，右側(cè)孔被堵頭堵住，雙排孔時(shí)可以在孔內(nèi)裝入尺寸不同的液幕接頭25，用于控制液幕的厚度，實(shí)驗(yàn)段下部安裝的排水下板開孔尺寸略大于上方，液體可以順利排入集水容器，可以形成厚度為3、5mm長為80mm的液幕。本實(shí)用新型實(shí)施時(shí)，工作流程如下(以雙排液柱實(shí)驗(yàn)為例)I、選定作為高壓氣源的氣體；2、在高壓段與低壓段之間安裝一定厚度的鋁膜；3、連接液柱接頭與水管；4、調(diào)節(jié)閥門開度，形成穩(wěn)定、尺寸一致的雙排液柱；5、打開高速攝影系統(tǒng)并調(diào)節(jié)光源強(qiáng)度；6、向高壓段內(nèi)充入氣體使鋁膜破裂產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)激波；7、記錄激波與液柱相互作用的過程并保存數(shù)據(jù)；8、打開蓋板清理實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的液體。
權(quán)利要求1.一種用于研究激波與不同形態(tài)液體相互作用的裝置，其高壓氣源(I)接高壓段(2)，高壓段(2 )及低壓段(3 )組成水平激波管，高壓段(2 )和低壓段(3 )放置在小車(10 )上，小車(10)安裝在支架(11)上；其特征在于實(shí)驗(yàn)段(4)分別通過法蘭連接在低壓段(3)與真空箱(5)之間，帶有三通閥(7)的水箱(6)放置在實(shí)驗(yàn)段(4)上面，通過連接水管(8)與安裝在實(shí)驗(yàn)段(4)上部的進(jìn)水口連接，真空箱(5)也安裝在支架(11)上，實(shí)驗(yàn)段(4)下方的支架(11)上設(shè)有集水容器(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于研究激波與不同形態(tài)液體相互作用的裝置，其特征在于所述的實(shí)驗(yàn)段(4)的徑向外截面為方形，在方形的實(shí)驗(yàn)段(4)上、下面均為鋼板，鋼板上分別對(duì)稱開有方孔(12)，方形的實(shí)驗(yàn)段(4)的前、后均為有機(jī)玻璃板，方形的實(shí)驗(yàn)段(4)上面方孔中裝有試件板(18)，試件板(18)軸向開有兩個(gè)階梯形通孔(22)，每個(gè)階梯形通孔(22)內(nèi)分別裝有液柱接頭(23)，液柱接頭(23)中心孔內(nèi)分別裝有尺寸相同的針管(22);方形的實(shí)驗(yàn)段(4)下面裝有排水下板(19)，排水下板(19)上分別開有與試件板(18)兩個(gè)階梯形通孔(22)同軸布置的排水堵頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于研究激波與不同形態(tài)液體相互作用的裝置，其特征在于所述的實(shí)驗(yàn)段(4)的徑向外截面為方形，在方形的實(shí)驗(yàn)段(4)上、下面均為鋼板，鋼板上分別對(duì)稱開有方孔(12)，方形的實(shí)驗(yàn)段(4)的前、后均為有機(jī)玻璃板，方形的實(shí)驗(yàn)段(4)上面方孔中裝有試件板(18)，試件板(18)開有兩個(gè)垂直于軸線、尺寸相同的長方形通孔(26)，每個(gè)長方形通孔(26)內(nèi)均裝有一個(gè)能調(diào)節(jié)長方形通孔(26)寬度的液幕接頭(25)，兩長方形通孔(26)外設(shè)有開口容器(24);排水下板(19)上分別開有與試件板(18)兩長方形通孔同軸布置的排水堵條。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于研究激波與不同形態(tài)液體相互作用的裝置。其高壓氣源接高壓段，高壓段及低壓段組成水平激波管，高壓段和低壓段放置在小車上，小車安裝在支架上；實(shí)驗(yàn)段分別通過法蘭連接在低壓段與真空箱之間，帶有三通閥的水箱放置在實(shí)驗(yàn)段上面，通過水管與安裝在實(shí)驗(yàn)段上部的進(jìn)水口連接，真空箱也安裝在支架上，實(shí)驗(yàn)段下方的支架上設(shè)有集水容器。本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)段可以進(jìn)行激波結(jié)構(gòu)，以及激波作用后液體的變化的動(dòng)態(tài)觀察與測量，建立排布、形態(tài)不同的液體模型，通過使用不同試件，順利實(shí)現(xiàn)激波與液滴、液柱及液幕的相互作用；為開展激波與液體相互作用機(jī)理以及激波誘導(dǎo)氣液兩相流特性研究提供了一種可靠、便捷、高效的實(shí)驗(yàn)裝置和測試。
文檔編號(hào)G01M10/00GK202614503SQ20122023380
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者施紅輝, 肖毅, 吳宇 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)