專利名稱:封閉式含冰晶顆粒氣體生成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明是一種主要用于航空、航天等領(lǐng)域結(jié)冰研究的封閉式含冰晶顆粒氣 體生成裝置。<二>背景技術(shù)新型含冰晶顆粒氣體生成裝置是產(chǎn)生含冰晶顆粒流動氣體的一種裝置,主 要用于研究結(jié)冰現(xiàn)象,該裝置利用液氮迅速產(chǎn)生超低溫氣體進(jìn)行制冷。但是該 裝置管路并不封閉,通過液氮制冷降溫的冷空氣不能循環(huán)利用,消耗液氮較多, 且制冷時(shí)間和制冷溫度受到環(huán)境空氣影響,特別是當(dāng)夏天濕度較大時(shí),所產(chǎn)生 的含冰晶顆粒流動氣體不能降低到所需溫度。需要發(fā)明一種減少液氮用量,制 冷時(shí)間短,不受季節(jié)影響的裝置。<三>發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明改進(jìn)了新型含冰晶顆粒氣體生成裝置,使用封閉管路循環(huán)利用冷空 氣,能夠充分利用液氮的制冷量,減少液氮用量,且制冷時(shí)間和制冷溫度受季 節(jié)影響較小。見圖1所示,本發(fā)明裝置包括5部分氣源、水源、冷源、合成試驗(yàn)段和 回流段。氣源由鼓風(fēng)機(jī)3、變頻器4和整流段5組成,其中整流段5由不銹鋼制成, 厚為3mm,并在整流段上有兩個(gè)測壓點(diǎn)18和19。水源由壓氣機(jī)10、壓力水罐11、電加熱器12、電加熱器控制模塊13、水 路連接管道15、氣路連接管道16、氣動噴嘴21和噴嘴連接配件組成,其中壓力水罐11只要能承受0.5Mpa壓力即可。其中壓氣機(jī)10通過進(jìn)氣閥25與壓力 水罐相接,氣路連接管道16—端與出氣閥28連接,另一端連接氣動噴嘴21的 氣路入口,水路連接管道15—端連接出水閥29,另一端連接氣動噴嘴21的水 路入口。電加熱器12加熱端位于壓力水罐11內(nèi)部水底,電加熱器控制模塊13 與電加熱器相連,控制電加熱器12加熱功率,可保持壓力水罐內(nèi)水溫在9(TC以 上。冷源由杜瓦瓶l、液氮開關(guān)闊門2、液氮傳輸管道17組成。合成試驗(yàn)段由出水噴霧制冷段6和觀察試驗(yàn)段7組成,其中出水噴霧制冷 段6由不銹鋼制成,厚為3mm,內(nèi)徑140mm,其內(nèi)部安裝有液氮噴嘴20及氣動 噴嘴21,其中液氮噴嘴20通過液氮傳輸管道17與杜瓦瓶1相連;觀察試驗(yàn)段 7由有機(jī)玻璃制成,厚為10w附,內(nèi)徑140mm,出水噴霧制冷段6和觀察試驗(yàn)段 7之間通過法蘭連接?;亓鞫?由不銹鋼制成,回流段一端通過法蘭與觀察試驗(yàn)段7連接,另一 端通過喇叭口與鼓風(fēng)機(jī)入口連接。其中,所述的回流段8中間有一段盲管和盲 板9,用于收集流過試驗(yàn)件的冰晶顆粒。其中,所述的氣動噴嘴21和水路連接管道15用保溫材料進(jìn)行保溫。該保 溫材料采用但不限于25mm厚聚乙烯泡沬塑料,保溫材料緊密包裹在氣動噴嘴 21和水路連接管道15外部。其中,所述的回流段用保溫材料進(jìn)行保溫,該保溫材料采用但不限于25mm厚的聚乙烯泡沫塑料,保溫材料緊密包裹回流段8外部。本發(fā)明一種封閉式含冰晶顆粒氣體生成裝置,其優(yōu)點(diǎn)及功效在于本發(fā)明 使用封閉管路循環(huán)利用冷空氣,能夠充分利用液氮的制冷量,減少液氮用量, 且制冷時(shí)間和制冷溫度受季節(jié)影響較小。<四>
圖l.本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意2.整流段剖面3.出水噴霧制冷管道段圖4.觀察試驗(yàn)段
圖5.壓力水罐
圖6.本發(fā)明實(shí)施流程圖
l.杜瓦瓶,2.液氮閥,3.鼓風(fēng)機(jī),4.變頻器,5.整流段,6.出水噴霧制冷段,7.觀察試驗(yàn)段,8.回流段,9.盲板,IO.壓氣機(jī),ll.水罐,12.電加熱器,13.電加熱控制模塊,14.試驗(yàn)件,15.水路連接管道,16.氣路連接管道路,n.液氮傳輸管道,18.整流段測壓點(diǎn),19.整流段測壓點(diǎn),20.液氮噴嘴,2L氣動噴嘴,22.測溫點(diǎn),23.觀察段管道,24.液位計(jì),25.進(jìn)氣閥,26.進(jìn)水閥,27.壓力表,28.出氣閥,29.出水閥。
<五>
具體實(shí)施例方式
氣源由鼓風(fēng)機(jī)3、變頻器4和整流段5組成,其中整流段5由不銹鋼制成,厚為3mw,并在整流段上有兩個(gè)測壓點(diǎn)18和19。氣源是通過調(diào)節(jié)變頻器4控制鼓風(fēng)機(jī)3提供試驗(yàn)研究所需流量的氣體。由于鼓風(fēng)機(jī)3出口是長方形,需通過整流段5整流,同時(shí)將氣體出口變成圓形,在整流段上的兩個(gè)測壓點(diǎn)18和19,用于監(jiān)測氣體流量。
水源由壓氣機(jī)10、壓力水罐11、電加熱器12、電加熱器控制模塊13、水路連接管道15、氣路連接管道16、氣動噴嘴21和噴嘴連接配件組成,其中壓力水罐11只要能承受0.5Mpa壓力即可。其中壓氣機(jī)10通過進(jìn)氣閥25與壓力水罐相接,氣路連接管道16—端與出氣閥28連接,另一端連接氣動噴嘴21的氣路入口,水路連接管道15—端連接出水閥29,另一端連接氣動噴嘴21的水路入口。電加熱器12加熱端位于壓力水罐11內(nèi)部水底,電加'熱器控制模塊13與電加熱器相連,控制電加熱器12加熱功率,可保持壓力水罐內(nèi)水溫在卯。C以上。水源是壓氣機(jī)10生成的有壓氣體進(jìn)入壓力水罐11后,以相同的壓力使壓力水罐ll內(nèi)的氣體和水流出,從氣動噴嘴21的水路和氣路入口進(jìn)入,噴出試驗(yàn)所需水顆粒。使氣動噴嘴21的水和氣入口有相同壓力,能很好地控制氣動噴嘴21噴出的水流量和噴水顆粒度。另外,為防止氣動噴嘴發(fā)生凍堵,由電加熱控制模塊13控制電加熱器12對壓力水罐11內(nèi)的水進(jìn)行加熱,氣動噴嘴21和水路連接管道15用保溫材料進(jìn)行保溫。保溫材料采用但不限于25mm厚聚乙烯泡沫塑料,保溫材料緊密包裹在氣動噴嘴21和水路連接管道15外部。
冷源是通過控制液氮閥2使液氮從杜瓦瓶1流出,液氮經(jīng)過液氮傳輸管道17和液氮噴嘴20后,噴向整流段的壁面,迅速汽化后生成超低溫冷氣體,與來流空氣混合,使來流空氣迅速變成所需冷空氣,達(dá)到試驗(yàn)結(jié)冰所需溫度(通常為-20。C)。
合成試驗(yàn)段由出水噴霧制冷段6和觀察試驗(yàn)段7組成,其中出水噴霧制冷段6由不銹鋼制成,厚為3mm,內(nèi)徑140mm,其內(nèi)部安裝有液氮噴嘴20及氣動噴嘴21,其中液氮噴嘴20通過液氮傳輸管道17與杜瓦瓶1相連;觀察試驗(yàn)段7由有機(jī)玻璃制成,厚為10wm,內(nèi)徑140wm,出水噴霧制冷段6和觀察試驗(yàn)段7之間通過法蘭連接。合成試驗(yàn)段是主要?dú)庠吹臍怏w通過整流段5后,與冷源的產(chǎn)生的低溫氮?dú)庠诨旌铣鏊畤婌F制冷段6迅速混合,然后與氣動噴嘴21噴出的微小水顆粒混合,從出水噴霧制冷段6流出,再在觀察試驗(yàn)段7流動的過程中,充分混合,并迅速生成含冰晶顆粒的冷氣體(此時(shí)氣體溫度為-2(TC),吹在試驗(yàn)件14上結(jié)冰。觀察試驗(yàn)段7為開口設(shè)計(jì),可以在結(jié)冰試驗(yàn)完成后立即取出試驗(yàn)件14,進(jìn)行分析。
回流段8由不銹鋼制成,回流段一端通過法蘭與觀察試驗(yàn)段7連接,另一端通過喇叭口與鼓風(fēng)機(jī)入口連接。其中,所述的回流段8中間有一段盲管和盲板9,用于收集流過試驗(yàn)件的冰晶顆粒?;亓鞫?使結(jié)冰后的冷氣體回流至鼓風(fēng)機(jī)3,充分可以充分利用冷氣體的制冷量?;亓鞫斡帽夭牧线M(jìn)行保溫,以減少冷氣體與環(huán)境的換熱。保溫材料采用但不限于25mm厚的聚乙烯泡沫塑料,保溫材料緊密包裹回流段8外部。
本發(fā)明裝置的詳細(xì)實(shí)施過程如圖6所示。打開電加熱控制模塊13控制電加熱器12給水罐中的水加熱,保持水溫為9(TC以上。通過變頻器4調(diào)節(jié)電流的頻率控制鼓風(fēng)機(jī)3的轉(zhuǎn)速大小,以此控制風(fēng)速,氣體經(jīng)過整流段5,變成速度均勻的流動氣體,在觀察試驗(yàn)段7內(nèi)通過測速儀確定所要研究的氣體流速。然后打開液氮閥2,迅速手動調(diào)節(jié)液氮閥2,使冷源流出的低溫氮?dú)馀c流動氣體混合后變成溫度為-2(TC的氣體。由于冷熱氣體混合存在一定的變化,因此以流到觀察試驗(yàn)段7的開口處的溫度為準(zhǔn)。當(dāng)試驗(yàn)件14處的混合氣體溫度穩(wěn)定在-2(TC時(shí),計(jì)時(shí)員發(fā)出指令,同時(shí)打開氣動噴嘴21的水路閥門,并將試驗(yàn)件14放在觀察試驗(yàn)段7的管道出口處。這時(shí)氣動噴嘴21噴出的水顆粒達(dá)到時(shí)試驗(yàn)件14時(shí)已經(jīng)完全變成冰晶顆粒,并在與試驗(yàn)件的撞擊后粘附在試驗(yàn)件表面,由于撞擊位置和速度不一樣,試驗(yàn)件不同部位的結(jié)冰也有所不同。隨著噴水時(shí)間的增加,試驗(yàn)件表面結(jié)冰越來越多。當(dāng)計(jì)時(shí)員發(fā)出停止指令時(shí),迅速取出試驗(yàn)件,測試試驗(yàn)件結(jié)冰尺寸、重量和照相,同時(shí)關(guān)閉電加熱器12和液氮閥2,直到氣動噴嘴21表面和觀察試驗(yàn)段7內(nèi)表面的冰溶化成水時(shí),關(guān)掉鼓風(fēng)機(jī)3、壓氣機(jī)10和氣動噴嘴21的水路和氣路閥門,結(jié)束試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1、一種封閉式含冰晶顆粒氣體生成裝置,其特征在于該裝置包括5部分氣源、水源、冷源、合成試驗(yàn)段和回流段;氣源由鼓風(fēng)機(jī)、變頻器和整流段組成,其中整流段由不銹鋼制成,厚為3mm;水源由壓氣機(jī)、壓力水罐、電加熱器、電加熱器控制模塊、水路連接管道、氣路連接管道、氣動噴嘴和噴嘴連接配件組成,其中壓氣機(jī)通過進(jìn)氣閥與壓力水罐相接,氣路連接管道一端與出氣閥連接,另一端連接氣動噴嘴的氣路入口,水路連接管道一端連接出水閥,另一端連接氣動噴嘴的水路入口;電加熱器加熱端位于壓力水罐內(nèi)部水底,電加熱器控制模塊與電加熱器相連,控制電加熱器加熱功率;冷源由杜瓦瓶、液氮開關(guān)閥門、液氮傳輸管道組成;合成試驗(yàn)段由出水噴霧制冷段和觀察試驗(yàn)段組成,其中出水噴霧制冷段由不銹鋼制成,厚為3mm,內(nèi)徑140mm,其內(nèi)部安裝有液氮噴嘴及氣動噴嘴,其中液氮噴嘴通過液氮傳輸管道與杜瓦瓶相連;觀察試驗(yàn)段由有機(jī)玻璃制成,厚為10mm,內(nèi)徑140mm,出水噴霧制冷段和觀察試驗(yàn)段之間通過法蘭連接?;亓鞫斡刹讳P鋼制成,回流段一端通過法蘭與觀察試驗(yàn)段連接,另一端通過喇叭口與鼓風(fēng)機(jī)入口連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的封閉式含冰晶顆粒氣體生成裝置,其特征在于 所述的整流段上有兩個(gè)測壓點(diǎn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式含冰晶顆粒氣體生成裝置,其特征在于 所述的氣動噴嘴和水路連接管道用保溫材料進(jìn)行保溫,該保溫材料緊密包裹在 氣動噴嘴和水路連接管道外部。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式含冰晶顆粒氣體生成裝置,其特征在于所述的回流段用保溫材料進(jìn)行保溫,該保溫材料緊密包裹回流段外部。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式含冰晶顆粒氣體生成裝置,其特征在于所述的回流段中間有一段盲管和盲板,用于收集流過試驗(yàn)件的冰晶顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種封閉式含冰晶顆粒氣體生成裝置,包括氣源、水源、冷源、合成試驗(yàn)段和回流段;氣源由鼓風(fēng)機(jī)、變頻器和整流段組成;水源由壓氣機(jī)、壓力水罐、電加熱器、電加熱器控制模塊、水路連接管道、氣路連接管道、氣動噴嘴和噴嘴連接配件組成;冷源由杜瓦瓶、液氮開關(guān)閥門、液氮傳輸管道組成;合成試驗(yàn)段由出水噴霧制冷段和觀察試驗(yàn)段組成;回流段由不銹鋼制成,回流段一端通過法蘭與觀察試驗(yàn)段連接,另一端通過喇叭口與鼓風(fēng)機(jī)入口連接。本發(fā)明使用封閉管路循環(huán)利用冷空氣,能夠充分利用液氮的制冷量,減少液氮用量,且制冷時(shí)間和制冷溫度受季節(jié)影響較小。
文檔編號G01N25/14GK101625331SQ20091009031
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者立 丁, 于廣鋒, 楊春信, 超 王 申請人:北京航空航天大學(xué)