專利名稱：一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實驗裝置，具體為一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置。
技術(shù)背景
在水下發(fā)射的燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置內(nèi)，存在著高溫高壓燃?xì)馔牧髁鲃?，?成冷卻水射流，冷卻水射流在噴嘴出口處一次霧化、在橫向高速燃?xì)饬髦卸戊F化與汽化， 含相變的水、汽兩相流動等復(fù)雜的流動過程。噴嘴噴注的冷卻水在橫向高速燃?xì)饬髦械亩?次霧化與汽化以及相變過程等對燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置的能量特性以及對外做功的 能力有重要影響。
目前研究噴嘴噴注的冷卻水在橫向高速燃?xì)饬髦械亩戊F化與汽化以及相變過 程的方法主要有數(shù)值模擬計算、低速低溫條件下的實驗研究以及利用超燃實驗臺進(jìn)行的實 驗研究。其中低速低溫條件下的實驗研究不能模擬燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置噴嘴工作 的環(huán)境，且大多是針對單噴嘴進(jìn)行；利用超燃實驗臺進(jìn)行的實驗研究，雖然可以提供一定燃 溫的超音速橫流環(huán)境，但是橫流的溫度以及壓強(qiáng)要比燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置中的小很 多，且采用超燃實驗臺單純進(jìn)行了噴嘴噴注霧化特性研究比較浪費(fèi)和不方便。發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題
為研究水下發(fā)射的燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置內(nèi)，噴嘴出口處冷卻水的一次霧 化，冷卻水在橫向高速燃?xì)饬髦械亩戊F化與汽化，含相變的水、汽兩相流動等復(fù)雜的流動 過程，獲得噴嘴噴注霧化特性，并為燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置的設(shè)計提供理論依據(jù)，本發(fā) 明提出了一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置，能夠提供與燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置 類似的燃?xì)猸h(huán)境，能夠模擬噴嘴后的氣流壓強(qiáng)、溫度及流速等參數(shù)，可以提供包括常規(guī)測試 手段和非接觸測試手段在內(nèi)的多種測試接口。
技術(shù)方案
本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置，其特征在于包括供水系統(tǒng)、燃?xì)獍l(fā)生 器、實驗測試段、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和時序控制點(diǎn)火器；實驗測試段兩端為連接法蘭，分別與燃 氣發(fā)生器和排氣管道連接，實驗測試段中心軸線位置開有燃?xì)馔ǖ?；實驗測試段中段外表 面對稱開有水槽，水槽底面開有多個垂直于實驗測試段中心軸線的噴嘴安裝孔，噴嘴安裝 孔將水槽與燃?xì)馔ǖ肋B通，實驗時按照實驗需要將噴嘴或噴嘴盲板固定在噴嘴安裝孔內(nèi)； 水槽蓋板通過螺栓與實驗測試段固定連接，并將水槽密封，水槽蓋板上還裝有進(jìn)水接口，并 通過進(jìn)水接口與供水系統(tǒng)連接；在實驗測試段外表面上還開有兩個對稱的觀察測試孔，觀 察測試孔在兩個對稱水槽之間，觀察測試模塊安裝在觀察測試孔內(nèi)，并通過壓板與實驗測 試段固定連接，觀察測試模塊上的測溫測壓傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接；時序控制點(diǎn)火器 與燃?xì)獍l(fā)生器和供水系統(tǒng)中的進(jìn)水電磁閥連接。
優(yōu)選技術(shù)方案其特征在于供水系統(tǒng)為擠壓式供水系統(tǒng)，將水通過電磁閥擠壓入 進(jìn)水接口。
優(yōu)選技術(shù)方案其特征在于燃?xì)獍l(fā)生器采用多根內(nèi)外孔燃燒的固體推進(jìn)劑裝藥， 且燃?xì)獍l(fā)生器噴管為可拆卸噴管。
優(yōu)選技術(shù)方案其特征在于水槽為長方體水槽，水槽底部噴嘴安裝孔沿實驗測試 段軸線方向分布，且兩個水槽的噴嘴安裝孔也對稱分布。
優(yōu)選技術(shù)方案其特征在于在一側(cè)觀察測試孔內(nèi)固定有石英玻璃觀察窗，在另一 側(cè)觀察測試孔內(nèi)固定有測壓測溫模塊；與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連的高速攝像機(jī)透過石英玻璃觀 察窗對實驗測試段進(jìn)行非接觸測試。
優(yōu)選技術(shù)方案其特征在于在兩側(cè)的觀察測試孔內(nèi)均固定有石英玻璃觀察窗，采 用與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連的激光相位多普勒粒子分析系統(tǒng)或粒子圖像測速系統(tǒng)對實驗測試 段進(jìn)行非接觸測試。
優(yōu)選技術(shù)方案其特征在于在排氣管道中裝有消音裝置。
優(yōu)選技術(shù)方案其特征在于在水槽蓋板上裝有測壓接口，測試水槽中擠壓氣體的 壓力；在水槽兩側(cè)的實驗測試段上分別裝有測壓接口，測試對應(yīng)位置燃?xì)馔ǖ纼?nèi)燃?xì)獾膲?力。
有益效果
本發(fā)明能夠模擬燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置噴嘴的工作環(huán)境，為研究燃?xì)?蒸汽 式發(fā)射動力裝置噴嘴噴注的冷卻水在橫向高速燃?xì)饬髦械亩戊F化與汽化以及相變過程 提供了可靠的手段。本發(fā)明操作簡單，維護(hù)方便，測試靈活多樣，可以通過不同觀察測試模 塊的組合實現(xiàn)多種接觸或非接觸測試方式。


圖1本發(fā)明的實驗裝置示意圖2實S金測試段的結(jié)構(gòu)示意圖3實S金測試段的C向視圖4實S金測試段的A-A剖視圖5實S金測試段的B-B剖視圖6實S金測試結(jié)果曲線其中:1、供水系統(tǒng)；2、燃?xì)獍l(fā)生器；3、實驗測試段；4、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；5、高速攝像系統(tǒng)；6、時序控制點(diǎn)火器；7、消音裝置；8、電磁閥；9、進(jìn)水接口 ；10、前燃?xì)鉁y壓接口 ；11、 水槽測壓接口 ；12、后燃?xì)鉁y壓接口 ；13、實驗測試段腔體；14、水槽蓋板；15、噴嘴；16、噴嘴 盲板；17、壓板；18、石英玻璃觀察窗；19、測壓測溫模塊；20、水槽。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例說明本發(fā)明。
實施例
參照附圖1，本實施例組建的一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置包括供水 系統(tǒng)1、燃?xì)獍l(fā)生器2、實驗測試段3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4、高速攝像系統(tǒng)5和時序控制點(diǎn)火器6。供水系統(tǒng)1為擠壓式供水系統(tǒng)，采用高壓氮?dú)庾鳛閿D壓源，擠壓氣體的擠壓壓強(qiáng)由實驗測試段內(nèi)的理論燃?xì)鈮簭?qiáng)與冷調(diào)時的擠壓壓強(qiáng)相加得到，其中冷調(diào)時的擠壓壓強(qiáng)表示為■ 2mPi = 2pn2eyrA式中·為水的質(zhì)量流量；P為水的密度；η為噴嘴的個數(shù)；Cd為噴嘴流量系數(shù)；r為噴嘴噴孔的半徑，實驗測試段3內(nèi)的理論燃?xì)鈮簭?qiáng)根據(jù)燃?xì)獍l(fā)生器2的工作壓 強(qiáng)、流量以及燃?xì)獍l(fā)生器2噴管喉部面積和實驗測試段3的流道面積，由氣動關(guān)系式計算得 出，本實施例中擠壓氣體工作壓強(qiáng)為6. 5MPa，水來自城市自來水管網(wǎng)，水流量為0. 35kg/s。 燃?xì)獍l(fā)生器2采用四根DSD裝藥，裝藥量為6. 8kg,通過黑火藥點(diǎn)火，燃?xì)獍l(fā)生器2噴管喉部 為20mmX 15. 7mm的方形結(jié)構(gòu)。燃?xì)獍l(fā)生器2產(chǎn)生高溫高速燃?xì)鈾M向射流進(jìn)入實驗測試段 3，提供滿足壓強(qiáng)、流速以及溫度要求的工作環(huán)境。通過調(diào)節(jié)裝藥量以及燃?xì)獍l(fā)生器2噴管 喉徑大小，可以實現(xiàn)根據(jù)要求改變高溫高壓燃?xì)夤ぷ鲏簭?qiáng)、溫度和流速參數(shù)的目的。
實驗測試段3兩端為連接法蘭，分別與燃?xì)獍l(fā)生器2和排氣管道連接，連接法蘭之 間為圓柱狀，實驗測試段3中心軸線位置開有方形燃?xì)馔ǖ?，燃?xì)馔ǖ罏?0mmX30mm的方 形結(jié)構(gòu)。實驗測試段3與燃?xì)獍l(fā)生器2連接后，燃?xì)獍l(fā)生器2噴管喉部位置與燃?xì)馔ǖ牢?置對應(yīng)。
參照附圖2、3、4、5，實驗測試段3中段外表面對稱開有長方形水槽20，水槽20底 面開有9個垂直于實驗測試段中心軸線的噴嘴安裝孔，噴嘴安裝孔沿實驗測試段軸線方向 分布，在相對稱的另一水槽的底面也對稱地開有9個垂直于實驗測試段中心軸線的噴嘴安 裝孔，噴嘴安裝孔沿實驗測試段軸線方向分布，噴嘴安裝孔將水槽與燃?xì)馔ǖ肋B通。在實驗 時，可以根據(jù)實驗要求，在不同的噴嘴安裝孔中螺紋固定噴嘴15或噴嘴盲板16，安裝噴嘴 15的位置可以通過噴嘴15將冷卻水噴注到實驗測試段3的燃?xì)馔ǖ乐?，安裝噴嘴盲板16 的位置則被封閉。在本實施例中兩個水槽的噴嘴安裝孔中各安裝了一個噴嘴15，噴嘴中噴 孔直徑為2mm，且為臨近錯位安裝，其余的噴嘴安裝孔中均安裝噴嘴盲板16，如附圖4所示； 在水槽兩側(cè)的實驗測試段上裝有前燃?xì)鉁y壓接口 10和后燃?xì)鉁y壓接口 12，測壓接口中裝 有測壓傳感器，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)連接。
水槽蓋板14通過螺栓與實驗測試段3固定連接，并在水槽蓋板14周圍涂有密封 膠，將水槽20密封。水槽蓋板14上還裝有進(jìn)水接口 9和水槽測壓接口 11，進(jìn)水接口 9與供 水系統(tǒng)1的電磁閥8連接，水槽測壓接口 11中裝有測壓傳感器，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)連接。
實驗測試段外表面上還對稱開有觀察測試孔，觀察測試孔在兩個對稱水槽之間， 觀察測試孔內(nèi)可以安裝觀測測試模塊，并通過帶螺栓的壓板17將觀測測試模塊與實驗測 試段3固定連接。觀測測試模塊的類型有測壓測溫模塊19，用于進(jìn)行接觸式測試；還有石 英玻璃觀察窗18，通過高速攝像系統(tǒng)5進(jìn)行非接觸式測試；此外當(dāng)兩側(cè)的觀察測試孔內(nèi)均 固定為石英玻璃觀察窗18，則可采用激光相位多普勒粒子分析系統(tǒng)(PDPA)和粒子圖像測 速系統(tǒng)(PIV)等手段進(jìn)行非接觸式測試。本實施例中，采用一側(cè)觀察測試孔內(nèi)安裝測壓測 溫模塊19，另一側(cè)觀察測試孔內(nèi)安裝石英玻璃觀察窗18的方式進(jìn)行測試；測壓測溫模塊19 中的壓力傳感器和溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，高速攝像系統(tǒng)5透過石英玻璃觀察窗 18進(jìn)行拍攝，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
此外，采用時序控制點(diǎn)火器6進(jìn)行控制，根據(jù)實驗要求編制實驗工作時序，包括點(diǎn) 火時間，供水系統(tǒng)電磁閥開關(guān)時間，高速攝像機(jī)開關(guān)機(jī)時間等。另外，由于采用了固體推進(jìn)劑燃?xì)獍l(fā)生器2，實現(xiàn)了流道中的超音速流動，且流體為高溫介質(zhì)，因此整個實驗過程中的 噪聲比較大，所以在排氣管道中裝有消音裝置7，起到一定的環(huán)境保護(hù)以及高溫工作介質(zhì)導(dǎo) 流的作用。
本實施例中燃?xì)獍l(fā)生器的工作壓強(qiáng)為12. 4MPa，水槽兩側(cè)的前燃?xì)鉁y壓接口 10和 后燃?xì)鉁y壓接口 12中壓力傳感器和測壓測溫模塊中的壓力傳感器得到的壓強(qiáng)-時間如圖6 所示。本實施例表明本發(fā)明能夠模擬燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置噴嘴的工作環(huán)境，為研究 燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置噴嘴噴注的冷卻水在橫向高速燃?xì)饬髦械亩戊F化與汽化以 及相變過程提供了可靠的手段。
權(quán)利要求
1.一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置，其特征在于包括供水系統(tǒng)、燃?xì)獍l(fā)生器、 實驗測試段、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和時序控制點(diǎn)火器；實驗測試段兩端為連接法蘭，分別與燃?xì)獍l(fā) 生器和排氣管道連接，實驗測試段中心軸線位置開有燃?xì)馔ǖ溃粚嶒灉y試段中段外表面對 稱開有水槽，水槽底面開有多個垂直于實驗測試段中心軸線的噴嘴安裝孔，噴嘴安裝孔將 水槽與燃?xì)馔ǖ肋B通，實驗時按照實驗需要將噴嘴或噴嘴盲板固定在噴嘴安裝孔內(nèi)；水槽 蓋板通過螺栓與實驗測試段固定連接，并將水槽密封，水槽蓋板上還裝有進(jìn)水接口，并通過 進(jìn)水接口與供水系統(tǒng)連接；在實驗測試段外表面上還開有兩個對稱的觀察測試孔，觀察測 試孔在兩個對稱水槽之間，觀察測試模塊安裝在觀察測試孔內(nèi)，并通過壓板與實驗測試段 固定連接，觀察測試模塊上的測溫測壓傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接；時序控制點(diǎn)火器與燃 氣發(fā)生器和供水系統(tǒng)中的進(jìn)水電磁閥連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置，其特征在于供水 系統(tǒng)為擠壓式供水系統(tǒng)，將水通過電磁閥擠壓入進(jìn)水接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置，其特征在于燃?xì)?發(fā)生器采用多根內(nèi)外孔燃燒的固體推進(jìn)劑裝藥，且燃?xì)獍l(fā)生器噴管為可拆卸噴管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置，其特征在于水槽 為長方體水槽，水槽底部噴嘴安裝孔沿實驗測試段軸線方向分布，且兩個水槽的噴嘴安裝 孔也對稱分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置，其特征在于在一 側(cè)觀察測試孔內(nèi)固定有石英玻璃觀察窗，在另一側(cè)觀察測試孔內(nèi)固定有測壓測溫模塊；與 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連的高速攝像機(jī)透過石英玻璃觀察窗對實驗測試段進(jìn)行非接觸測試。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置，其特征在于在兩 側(cè)的觀察測試孔內(nèi)均固定有石英玻璃觀察窗，采用與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連的激光相位多普勒 粒子分析系統(tǒng)或粒子圖像測速系統(tǒng)對實驗測試段進(jìn)行非接觸測試。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置，其特征在于在排 氣管道中裝有消音裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置，其特征在于在水 槽蓋板上裝有測壓接口，測試水槽中擠壓氣體的壓力；在水槽兩側(cè)的實驗測試段上分別裝 有測壓接口，測試對應(yīng)位置燃?xì)馔ǖ纼?nèi)燃?xì)獾膲毫Α?br> 全文摘要
本發(fā)明提出了一種研究噴嘴噴注霧化特性的實驗裝置，能夠提供與燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置類似的燃?xì)猸h(huán)境，能夠模擬噴嘴后的氣流壓強(qiáng)、溫度及流速等參數(shù)，可以提供包括常規(guī)測試手段和非接觸測試手段在內(nèi)的多種測試接口。為研究水下發(fā)射的燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置內(nèi)，噴嘴出口處冷卻水的一次霧化，冷卻水在橫向高速燃?xì)饬髦械亩戊F化與汽化，含相變的水、汽兩相流動等復(fù)雜的流動過程，獲得噴嘴噴注霧化特性，并為燃?xì)?蒸汽式發(fā)射動力裝置的設(shè)計提供理論依據(jù)。
文檔編號G01M13/00GK102032987SQ201010588610
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者何國強(qiáng), 呂翔, 彭麗娜, 李江, 陳劍, 魏祥庚 申請人:西北工業(yè)大學(xué)