The invention discloses a gas-liquid two-phase flow field observation device, which belongs to the field of gas-liquid two-phase flow field observation, including a shock tube or a nozzle, the shock tube and the nozzle are used for generating high-speed air flow above Mach number 0.3. The side wall of the shock tube or nozzle is a plane, and a pair of observation windows are installed to observe the gas-liquid two-phase flow. The observation window includes a light source window and a shooting window. The side of the light source window is provided with an LED light source. The side of the shooting window is provided with a high-speed camera lens with a frame rate greater than 10 000 fps. The observation window is embedded with glass, and the glass includes parallel glass and arc. The middle part of the glass is parallel glass, and the outer part of the parallel glass is connected with arc glass. The schlieren device has the advantages of clearly observing the surface deformation of droplets and the change of wave structure of external flow field in the field of gas-liquid two-phase flow observation in high-speed airflow, and has a certain improvement over the original parallel glass observation effect.
【技术实现步骤摘要】
一种气液两相流场观测装置
本专利技术涉及高速气流与球形液滴相互作用流场观测领域,具体为一种用于气液两相流场观测装置。
技术介绍
暴露于高速气流中的气液两相流广泛存在于日常生活和各类工程实践中,例如利用水幕帘在密闭空间内进行冲击波防护,燃料射流在燃烧室中的二次雾化以及高速飞行器表面的雨滴侵蚀防护等。对高速气流中气液两相流进行细致观测,对改善工业设计有着重要的意义。对高速气流中的气液两相流场观测主要有两种方法,即纹影/阴影法和直接拍摄法。二者对于流场的观测效果各有优劣。前者可以显示气态流场中折射率的梯度,进而达到对气态流场中激波-等熵波波系的观测(如图1所示);后者则可通过灵活地调整光源尺寸等参数,在液滴中心区域形成较大的亮斑,从而观测到液滴表面的不稳定波和突起变形等现象(如图2所示)。但是,目前的试验设备难以结合两者的优势,无法在同一车试验中中同时对两类现象进行清晰地观测;此外,对于如何扩大液滴中心亮斑的亮度和面积,也缺少相应的理论指导。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供一种用于气液两相流场观测装置,在同一车次试验中既对液滴外围的激波-等熵波波系进行观测,又尽量扩大液滴中心亮斑面积以对液滴表面的精细变形进行观测。本专利技术的技术解决方案是:一种气液两相流场观测装置,所述气液两相流场由位于激波管或喷管内部的液滴受到激波管或喷管内气流的气动力作用而形成,所述气液两相流场观测装置包括平行光源、安装在激波管或喷管侧壁的一对观察窗和拍摄设备,所述观察窗包括光源窗口和拍摄窗口,光源窗口和拍摄窗口相对放置,正对位于激波管或喷管内部的液滴,所述 ...
【技术保护点】
1.一种气液两相流场观测装置,所述气液两相流场由位于激波管或喷管内部的液滴受到激波管或喷管内气流的气动力作用而形成,其特征在于所述气液两相流场观测装置包括平行光源(1)、安装在激波管或喷管侧壁(11)的一对观察窗和拍摄设备,所述观察窗包括光源窗口(2)和拍摄窗口(7),光源窗口(2)和拍摄窗口(7)相对放置,正对位于激波管或喷管内部的液滴,所述光源窗口(2)内嵌有光源窗口玻璃,所述光源窗口玻璃由位于中心部位的平行玻璃(21)和位于边缘部分的弧形玻璃(22)组成,平行玻璃(21)和弧形玻璃(22)的内壁面与激波管或喷管侧壁(11)内壁面共形设计,平行玻璃(21)的外壁面与为激波管或喷管侧壁(11)内壁面平行;弧形玻璃(22)的外壁面从平行玻璃(21)的边缘到光源窗口(2)边缘呈弧线形,平行光源(1)发射出来的平行光,经过平行玻璃(21)和弧形玻璃(22)的折射,分别产生平行光线和汇聚光线到达液滴的表面,透过平行玻璃形成的平行光线(41)形成形成纹影光线,透过弧形玻璃形成的汇聚光线(42)再次经过液滴的折射转化为平行光,形成相界面成像光线;经过流场后的纹影光线(61)和经过流场后的相界面成 ...
【技术特征摘要】
1.一种气液两相流场观测装置,所述气液两相流场由位于激波管或喷管内部的液滴受到激波管或喷管内气流的气动力作用而形成,其特征在于所述气液两相流场观测装置包括平行光源(1)、安装在激波管或喷管侧壁(11)的一对观察窗和拍摄设备,所述观察窗包括光源窗口(2)和拍摄窗口(7),光源窗口(2)和拍摄窗口(7)相对放置,正对位于激波管或喷管内部的液滴,所述光源窗口(2)内嵌有光源窗口玻璃,所述光源窗口玻璃由位于中心部位的平行玻璃(21)和位于边缘部分的弧形玻璃(22)组成,平行玻璃(21)和弧形玻璃(22)的内壁面与激波管或喷管侧壁(11)内壁面共形设计,平行玻璃(21)的外壁面与为激波管或喷管侧壁(11)内壁面平行;弧形玻璃(22)的外壁面从平行玻璃(21)的边缘到光源窗口(2)边缘呈弧线形,平行光源(1)发射出来的平行光,经过平行玻璃(21)和弧形玻璃(22)的折射,分别产生平行光线和汇聚光线到达液滴的表面,透过平行玻璃形成的平行光线(41)形成形成纹影光线,透过弧形玻璃形成的汇聚光线(42)再次经过液滴的折射转化为平行光,形成相界面成像光线;经过流场后的纹影光线(61)和经过流场后的相界面成像光线(62)进入拍摄设备,拍摄设备对气相流场的液滴外围波系(51)和液相流场的液滴表面变形(52)成像,同时观测气液两相流场。2.根据权利要求1所述的一种气液两相流场观测装置,其特征在于当液滴为球形时,以液滴(5)中心点为坐标原点,过原点与平行光平行的方向为横轴方向,光源所在方向为横轴正方向,与横轴方向垂直的方向为纵方向,定义xi与yi分别为光线第i次折射时折射位置横坐标和纵坐标,θi为第i次折射后光线与横轴正方向的夹角,i=0,1,2,3;弧形玻璃(22)外轮廓线使得光线满足如下型线方程:式中,dG0为光源窗口玻璃中心位置厚度;式中αin,i、αout,i分别为第i次折射时的光线入射角与折射角;CA、CG和CW分别为光线在空气、玻璃和液滴中的光速,r...
【专利技术属性】
技术研发人员:易翔宇,廖斌,朱雨建,杨基明,陈农,陈星,
申请(专利权)人:中国航天空气动力技术研究院,
类型:发明
国别省市:北京,11
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