本實用新型屬于流體力學技術領域，具體涉及一種小型具有氣膜冷卻和粒子噴涂功能的風洞實驗裝置。

背景技術：

氣膜冷卻技術在航空發(fā)動機領域應用廣泛。顆粒物在渦輪葉片表面的沉積會對氣膜冷卻產生負面影響，沉積物的積累會改變發(fā)動機零部件的表面形狀，減小氣膜孔面積和冷卻氣體的流通面積，使氣膜冷卻效率下降，嚴重時甚至會導致渦輪葉片的失效。目前，氣膜冷卻與沉積物之間的相互作用的研究大多還停留在單純用數值模擬分析階段，對于實驗研究還很少，而國內大部分的風洞占地面積較大、造價不菲、運行成本高，因此一些小型科研單位無法擁有自己的實驗風洞。因此設計一種小型具有氣膜冷卻和粒子噴涂功能的風洞實驗裝置成為必要。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種小型具有氣膜冷卻和粒子噴涂功能的風洞實驗裝置。

為了達到上述目的，本實用新型提供的小型帶氣膜冷卻和粒子噴涂功能的風洞實驗裝置包括主流供氣加熱裝置、試驗段裝置、粒子噴涂裝置、冷流供氣裝置和數據采集系統(tǒng)；

所述的主流供氣加熱裝置包括鼓風機、渦街流量計、塑料管道、空氣加熱器和鐵質圓柱管道；其中塑料管道連接在鼓風機出口和空氣加熱器進口之間；鼓風機上安裝有閥門，便于調節(jié)主流氣體供氣量；空氣加熱器上設有溫控裝置，能夠準確控制主流氣體溫度；渦街流量計安裝在塑料管道上；鐵質圓柱管道的一端連接在空氣加熱器的出口；

所述的試驗段裝置包括方形管道、皮托管、壓力變送器、鎧裝熱電偶、帶有氣膜孔的實驗平板、集氣室、觀測窗口和熱電偶；其中方形管道水平設置，一端與鐵質圓柱管道的另一端相連接，上端設有觀測窗口和能夠開啟以便更換帶有氣膜孔的實驗平板的蓋板；帶有氣膜孔的實驗平板放置在位于觀測窗口下方的方形管道內部底面上；皮托管安裝在方形管道上，通過數據線及壓力變送器與數據采集系統(tǒng)中的數據采集模塊電連接；鎧裝熱電偶也安裝在方形管道上，通過數據線與數據采集系統(tǒng)中的數據采集模塊電連接；熱電偶固定在帶有氣膜孔的實驗平板表面上，并通過數據線與數據采集系統(tǒng)中的數據采集模塊電連接；集氣室的上端連接在位于帶有氣膜孔的實驗平板下部的方形管道底面上；

所述的粒子噴涂裝置包括塑料軟管、高溫加熱桶、石蠟、氣動雙隔膜泵和霧化噴頭；高溫加熱桶內裝有石蠟，并且高溫加熱桶上具有溫控裝置；氣動雙隔膜泵的進口管道浸沒在石蠟中，出口連接塑料軟管的一端，塑料軟管的另一端連接在設置于鐵質圓柱管道內部的霧化噴頭上；

所述的冷流供氣裝置包括帶集氣罐的壓縮機、塑料箱、盤旋式銅管、冷卻液、長直圓柱鐵管、皮托管、壓力變送器、熱電偶和浮子流量計；其中塑料箱內盛有冷卻液；盤旋式銅管浸沒在冷卻液中，一端通過管道與帶集氣罐的壓縮機的一個出口相連，另一端通過管道與長直圓柱鐵管的一端相連，并且?guī)Ъ瘹夤薜膲嚎s機的另一個出口還通過管路與氣動雙隔膜泵的進口相連；長直圓柱鐵管的另一端通過管道與集氣室的底部相連接；皮托管安裝在長直圓柱鐵管上，通過數據線及壓力變送器與數據采集系統(tǒng)中的數據采集模塊電連接；鎧裝熱電偶也安裝在長直圓柱鐵管上，通過數據線與數據采集系統(tǒng)中的數據采集模塊電連接；浮子流量計安裝在連接于長直圓柱鐵管和集氣室之間的管道上；

所述的數據采集系統(tǒng)包括紅外攝像儀、紅外攝像儀支架、攝像機、攝像機支架、數據采集模塊和計算機；其中紅外攝像儀通過紅外攝像儀支架固定在方形管道上方，并能夠透過觀測窗口實時記錄帶有氣膜孔的實驗平板的表面溫度；攝像機通過攝像機支架傾斜固定在方形管道上方，并能夠透過觀測窗口拍攝石蠟在帶有氣膜孔的實驗平板上的沉積情況；數據采集模塊通過數據線與計算機電連接。

所述的小型帶氣膜冷卻和粒子噴涂功能的風洞實驗裝置還包括安裝在鐵質圓柱管道內部的整流格柵，用于對主流氣體起整流穩(wěn)定作用。

所述的計算機為工控機。

所述的觀測窗口為氟化鈣窗口。

所述的管道上均設有閥門。

本實用新型提供的小型帶氣膜冷卻和粒子噴涂功能的風洞實驗裝置具有空間利用小、成本較低、操作簡便且功能齊全等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的小型帶氣膜冷卻和粒子噴涂功能的風洞實驗裝置結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型提供的小型帶氣膜冷卻和粒子噴涂功能的風洞實驗裝置進行詳細說明。

如圖1所示，本實用新型提供的小型帶氣膜冷卻和粒子噴涂功能的風洞實驗裝置包括主流供氣加熱裝置、試驗段裝置、粒子噴涂裝置、冷流供氣裝置和數據采集系統(tǒng)；

所述的主流供氣加熱裝置包括鼓風機1、渦街流量計2、塑料管道3、空氣加熱器4和鐵質圓柱管道5；其中塑料管道3連接在鼓風機1出口和空氣加熱器4進口之間；鼓風機1上安裝有閥門，便于調節(jié)主流氣體供氣量；空氣加熱器4上設有溫控裝置，能夠準確控制主流氣體溫度；渦街流量計2安裝在塑料管道3上；鐵質圓柱管道5的一端連接在空氣加熱器4的出口；

所述的試驗段裝置包括方形管道6、皮托管8、壓力變送器9、鎧裝熱電偶10、帶有氣膜孔的實驗平板11、集氣室12、觀測窗口13和熱電偶14；其中方形管道6水平設置，一端與鐵質圓柱管道5的另一端相連接，上端設有觀測窗口13和能夠開啟以便更換帶有氣膜孔的實驗平板11的蓋板；帶有氣膜孔的實驗平板11放置在位于觀測窗口13下方的方形管道6內部底面上；皮托管8安裝在方形管道6上，通過數據線及壓力變送器9與數據采集系統(tǒng)中的數據采集模塊30電連接；鎧裝熱電偶10也安裝在方形管道6上，通過數據線與數據采集系統(tǒng)中的數據采集模塊30電連接；熱電偶14固定在帶有氣膜孔的實驗平板11表面上，并通過數據線與數據采集系統(tǒng)中的數據采集模塊30電連接；集氣室12的上端連接在位于帶有氣膜孔的實驗平板11下部的方形管道6底面上；

所述的粒子噴涂裝置包括塑料軟管16、高溫加熱桶17、石蠟18、氣動雙隔膜泵19和霧化噴頭20；高溫加熱桶17內裝有石蠟18，并且高溫加熱桶17上具有溫控裝置；氣動雙隔膜泵19的進口管道浸沒在石蠟18中，出口連接塑料軟管16的一端，塑料軟管16的另一端連接在設置于鐵質圓柱管道5內部的霧化噴頭20上；

所述的冷流供氣裝置包括帶集氣罐的壓縮機15、塑料箱21、盤旋式銅管22、冷卻液23、長直圓柱鐵管24、皮托管8、壓力變送器9、熱電偶10和浮子流量計25；其中塑料箱21內盛有冷卻液23；盤旋式銅管22浸沒在冷卻液23中，一端通過管道與帶集氣罐的壓縮機15的一個出口相連，另一端通過管道與長直圓柱鐵管24的一端相連，并且?guī)Ъ瘹夤薜膲嚎s機15的另一個出口還通過管路與氣動雙隔膜泵19的進口相連；長直圓柱鐵管24的另一端通過管道與集氣室12的底部相連接；皮托管8安裝在長直圓柱鐵管24上，通過數據線及壓力變送器9與數據采集系統(tǒng)中的數據采集模塊30電連接；鎧裝熱電偶10也安裝在長直圓柱鐵管24上，通過數據線與數據采集系統(tǒng)中的數據采集模塊30電連接；浮子流量計25安裝在連接于長直圓柱鐵管24和集氣室12之間的管道上；

所述的數據采集系統(tǒng)包括紅外攝像儀26、紅外攝像儀支架27、攝像機28、攝像機支架29、數據采集模塊30和計算機32；其中紅外攝像儀26通過紅外攝像儀支架27固定在方形管道6上方，并能夠透過觀測窗口13實時記錄帶有氣膜孔的實驗平板11的表面溫度；攝像機28通過攝像機支架29傾斜固定在方形管道6上方，并能夠透過觀測窗口13拍攝石蠟18在帶有氣膜孔的實驗平板11上的沉積情況；數據采集模塊30通過數據線31與計算機32電連接。

所述的小型帶氣膜冷卻和粒子噴涂功能的風洞實驗裝置還包括安裝在鐵質圓柱管道5內部的整流格柵7，用于對主流氣體起整流穩(wěn)定作用。

所述的計算機32為工控機。

所述的觀測窗口13為氟化鈣窗口。

所述的管道上均設有閥門。

現將本實用新型提供的小型帶氣膜冷卻和粒子噴涂功能的風洞實驗裝置工作原理闡述如下：

1)首先由工作人員開啟高溫加熱桶17上的溫控裝置，并設定石蠟18的熔融溫度；

2)當石蠟18全部融化后，開啟鼓風機1和空氣加熱器4，這時，鼓風機1將通過塑料管道3向空氣加熱器4內部提供主流氣體，在此過程中可調節(jié)鼓風機1上的閥門，以使渦街流量計2的示數達到預定流量值，同時調節(jié)空氣加熱器4上的溫控裝置，直至其內部的主流氣體達到預定的溫度；之后該主流氣體將流到鐵質圓柱管道5內部，在此過程中由整流格柵7對上述主流氣體進行整流，以使其穩(wěn)定，最后流入方形管道6內部；

3)當主流氣體的流量和溫度達到預定值之后，開啟帶集氣罐的壓縮機15，待集氣罐內的壓力達到一定值后，打開通往盤旋式銅管22的管道上的閥門，這時由壓縮機15提供的壓縮空氣將通入盤旋式銅管22的內部，在此過程中，利用冷卻液23對盤旋式銅管22內部的壓縮空氣進行冷卻；然后再通過管道及長直圓柱鐵管24提供給集氣室12的內部，同時觀察浮子流量計25的刻度，利用調節(jié)上述管道上閥門開度的方式使冷流氣體的流量達到預定值；流入集氣室12內部的冷流氣體將以熱傳導的方式通過方形管道6對帶有氣膜孔的實驗平板11進行冷卻；

4)打開帶集氣罐的壓縮機15和氣動雙隔膜泵19之間管道上的閥門，然后調節(jié)氣動雙隔膜泵19上的壓力閥，使氣動雙隔膜泵19能夠在帶集氣罐的壓縮機15提供的壓縮空氣下正常工作，之后利用氣動雙隔膜泵19將高溫加熱桶17內的液態(tài)石蠟通過經過塑料軟管16提供給霧化噴頭20，然后由霧化噴頭20以霧化的形式噴入到鐵質圓柱管道5內部的主流氣體中，之后隨主流氣體一起流入方形管道6內部，最后霧化后的石蠟遇冷將凝結在帶有氣膜孔的實驗平板11的表面；

5)利用紅外攝像儀26透過觀測窗口13實時記錄帶有氣膜孔的實驗平板11的表面溫度，同時利用攝像機28透過觀測窗口13拍攝石蠟18在帶有氣膜孔的實驗平板11上的沉積情況；兩個皮托管8所測得的方形管道6及長直圓柱鐵管24內的壓力信號將分別通過與其相連的壓力變送器9轉換成電信號，然后通過數據線傳送給數據采集模塊30，兩個鎧裝熱電偶10所測得的方形管道6及長直圓柱鐵管24內的溫度信號將通過數據線傳送給數據采集模塊30，之后由數據采集模塊30通過數據線31將上述壓力及溫度信號傳輸給計算機32，最后由計算機32利用其內的數據采集分析程序進行處理后進行顯示及存儲，從而可為實驗提供最準確及時的數據信息。