專利名稱：一種用于研究激波與不同形態液體相互作用的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及多相流體力學、空氣動力學行為及特性的實驗裝置，尤其是涉及一種用于研究激波與不同形態液體相互作用的裝置。
背景技術：
激波與液體的相互作用是一個典型的多相流 體力學問題，對該問題的深入研究具有廣泛的理論和現實意義。當高速飛行的航行體穿過雨區時，通常會遇到所謂的超音速雨滴侵蝕現象，研究脫體激波與液滴的相互作用，通過適當的空氣動力學設計可以減輕這一侵蝕帶來的影響。同時，激波對燃料液體的霧化在內燃機以及燃氣輪機的設計開發上也有著重要作用，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-液系統中的傳播和發展，與爆轟發動機和火箭發動機中液體燃料燃燒的穩定性也密切相關。激波拋撒在軍事工程以及自然災害防治方面也有著重要的應用。通過激波拋撒大規模的惰性物質可以阻止火災的蔓延，通過釋放水幕也可以有效地阻止煙塵的擴散。在煤礦和化工廠生產中，拋撒阻燃劑可以防止火災的發生，在發生爆炸之后，通過準確的控制系統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造成典型的Richtmyer-Meshkov (RM)不穩定性，該不穩定性在慣性約束核聚變(Inertial Confinement Fusion, ICF)以及超新星(supernova)爆發等方面有著重要的研究意義。自然界與工程實際中液體的形態是千變萬化的，因此設計一種可以研究激波與不同形態液體相互作用的實驗裝置顯得尤為重要。
發明內容針對背景技術中所存在的問題，本實用新型的目的在于提供了一種用于研究激波與不同形態液體相互作用的裝置，通過使用不同試件，可以順利實現激波與液滴、液柱及液幕的相互作用。本實用新型解決其技術問題采用的技術方案是本實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；實驗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驗段上面，通過水管與安裝在實驗段上部的進水口連接，真空箱也安裝在支架上，實驗段下方的支架上設有集水容器。所述的實驗段的徑向外截面為方形，在方形的實驗段上、下面均為鋼板，鋼板上分別對稱開有方孔，方形的實驗段的前、后均為有機玻璃板，方形的實驗段上面方孔中裝有試件板，試件板軸向開有兩個階梯形通孔，每個階梯形通孔內分別裝有液柱接頭，液柱接頭中心孔內分別裝有尺寸相同的針管；方形的實驗段下面裝有排水下板，排水下板上分別開有與試件板兩個階梯形通孔同軸布置的排水堵頭。所述的實驗段的徑向外截面為方形，在方形的實驗段上、下面均為鋼板，鋼板上分別對稱開有方孔，方形的實驗段的前、后均為有機玻璃板，方形的實驗段上面方孔中裝有試件板，試件板開有兩個垂直于軸線、尺寸相同的長方形通孔，每個長方形通孔內均裝有一個能調節長方形通孔寬度的液幕接頭，兩長方形通孔外設有開口容器；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。所述的實驗段的徑向內截面方孔尺寸為120X 120mm、長度為520mm，實驗段的方形內孔與低壓段的方形內孔通過法蘭連接。本實用新型具有的有益效果是本實用新型的實驗段可以進行激波結構，以及激波作用后液體的變化的動態觀察與測量，可以建立排布、形態不同的液體模型，通過使用不同試件，可以順利實現激波液滴、液柱及液幕的相互作用；為開展激波與液體相互作用機理以及激波誘導氣液兩相流特性研究提供了一種可靠、便捷、高效的實驗裝置和測試。
圖I是本實用新型的結構示意圖。圖2是實驗段的俯視圖。圖3是實驗段的截面圖。圖4是試件板結構圖。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、實驗段，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側板，16、有機玻璃板，17、頂板，18、試件板，19排水下板，20、內六角螺釘，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。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。如圖I所示，本實用新型其高壓氣源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，方便實驗完成后更換鋁膜；實驗段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放置在實驗段4上面，通過連接水管8與安裝在實驗段4上部的進水口連接，真空箱5也安裝在支架11上，實驗段4下方的支架11上設有集水容器9。在高壓段2和低壓段3之間安裝鋁膜，并對真空箱抽真空，減輕激波對整個實驗裝置的破壞；高壓氣源I向高壓段2內注入氣體，當內壓達到一定值時，氣體將擊穿安裝在高壓段2與低壓段3之間的鋁膜產生激波，液體從水箱6中經過試件注入實驗段內，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，實驗段前方的機玻璃板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通道不能出現變形，本實驗段采用了如下設計側板15與頂板17焊接時保證內截面尺寸與低壓段一致，在側板上開槽裝入方形有機玻璃板16，裝好密封墊片14之后，通過壓板13固定，而保證實驗段內截面不出現臺階，影響激波的傳播。如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，所述的實驗段4的徑向外截面為方形，在方形的實驗段4上、下面均為鋼板，鋼板上分別對稱開有方孔12，方形的實驗段4的前、后均為有機玻璃板，方形的實驗段4上面方孔中裝有試件板18，試件板18軸向開有兩個階梯形通孔21，每個階梯形通孔21內分別裝有液柱接頭23，用螺紋連接，液柱接頭23中心孔內分別裝有尺寸相同的針管22 ;方形的實驗段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、液柱試件板結構圖，圖5為液滴接頭，圖6為液柱接頭，單排實驗時，右側孔旋入堵頭密封，雙排實驗時，將液滴接頭、液柱接頭旋入孔內，然后與水管連接，開啟閥門進行實驗，在實驗段的下部裝有對稱的排水下板，開孔與上板一致，由于接頭的內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，調節閥門開度，可以生成O. 5-2mm的液滴。試件板18及排水下板19通過內六角螺釘20固定。如圖2、圖7所示，所述的實驗段4的徑向外截面為方形，在方形的實驗段4上、下面均為鋼板，鋼板上分別對稱開有方孔，方形的實驗段4的前、后均為有機玻璃板，方形的實驗段4上面方孔中裝有試件板18，試件板18開有兩個垂直于軸線、尺寸相同的長方形通孔26，每個長方形通孔26內均裝有一個能調節長方形通孔26寬度的液幕接頭25，兩長方形通孔26外設有開口容器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，單排實驗時，右側孔被堵頭堵住，雙排孔時可以在孔內裝入尺寸不同的液幕接頭25，用于控制液幕的厚度，實驗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。本實用新型實施時，工作流程如下(以雙排液柱實驗為例)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、調節閥門開度，形成穩定、尺寸一致的雙排液柱；5、打開高速攝影系統并調節光源強度；6、向高壓段內充入氣體使鋁膜破裂產生運動激波；7、記錄激波與液柱相互作用的過程并保存數據；8、打開蓋板清理實驗段內的液體。
權利要求1.一種用于研究激波與不同形態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；其特征在于實驗段(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)放置在實驗段(4)上面，通過連接水管(8)與安裝在實驗段(4)上部的進水口連接，真空箱(5)也安裝在支架(11)上，實驗段(4)下方的支架(11)上設有集水容器(9)。
2.根據權利要求I所述的一種用于研究激波與不同形態液體相互作用的裝置，其特征在于所述的實驗段(4)的徑向外截面為方形，在方形的實驗段(4)上、下面均為鋼板，鋼板上分別對稱開有方孔(12)，方形的實驗段(4)的前、后均為有機玻璃板，方形的實驗段(4)上面方孔中裝有試件板(18)，試件板(18)軸向開有兩個階梯形通孔(22)，每個階梯形通孔(22)內分別裝有液柱接頭(23)，液柱接頭(23)中心孔內分別裝有尺寸相同的針管(22);方形的實驗段(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)兩個階梯形通孔(22)同軸布置的排水堵頭。
3.根據權利要求I所述的一種用于研究激波與不同形態液體相互作用的裝置，其特征在于所述的實驗段(4)的徑向外截面為方形，在方形的實驗段(4)上、下面均為鋼板，鋼板上分別對稱開有方孔(12)，方形的實驗段(4)的前、后均為有機玻璃板，方形的實驗段(4)上面方孔中裝有試件板(18)，試件板(18)開有兩個垂直于軸線、尺寸相同的長方形通孔(26)，每個長方形通孔(26)內均裝有一個能調節長方形通孔(26)寬度的液幕接頭(25)，兩長方形通孔(26)外設有開口容器(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。
專利摘要本實用新型公開了一種用于研究激波與不同形態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；實驗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驗段上面，通過水管與安裝在實驗段上部的進水口連接，真空箱也安裝在支架上，實驗段下方的支架上設有集水容器。本實用新型的實驗段可以進行激波結構，以及激波作用后液體的變化的動態觀察與測量，建立排布、形態不同的液體模型，通過使用不同試件，順利實現激波與液滴、液柱及液幕的相互作用；為開展激波與液體相互作用機理以及激波誘導氣液兩相流特性研究提供了一種可靠、便捷、高效的實驗裝置和測試。
文檔編號G01M10/00GK202614503SQ20122023380
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者施紅輝, 肖毅, 吳宇 申請人:浙江理工大學