一种压力和温度可调的汽化泡试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种压力和温度可调的汽化泡试验装置，属于空泡动力学领域。试验罐上方开有七个通孔，红外传光束穿过中心轴线上的通孔一端放入试验罐中，另一端与高速热成像相机连接，两根电极穿过中心轴线两侧的通孔悬空固定在试验罐中，压力和温度传感器穿过通孔悬空固定在试验罐中，液体输送管阀门通过管道与试验罐内连通，气体接口阀通过管道与试验罐内连通，电加热管悬浮放置在试验罐中；试验罐放置在真空罐中并通过法兰盘实现密封，试验罐和真空罐侧壁均开有可视化观察窗；高速相机镜头的轴线与可视化观察窗的轴线重合；本发明专利技术可调性好，安全可靠，能实现常温和低温液体在不同压力和温度条件下汽化泡形态、温度场、压力和温度数据的同步采集。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液体汽化过程试验装置，尤其涉及一种压力和温度可调的汽化泡试验装置。属于流体力学及传热学范畴，空泡动力学领域。
技术介绍
当一定温度的液体内部局部压力降低到液体饱和蒸汽压时，或者当一定压力的液体内部局部温度升高到液体的沸点时，就会产生汽化现象，同时溶解于液体中的气体也会析出，一同形成汽泡，当汽泡周围的压力升高或者温度降低，泡内的蒸汽重新凝结，汽泡溃灭。这种液体内部汽泡的产生、发展、溃灭，以及由此引发的一系列物理和化学变化过程即为汽化泡的演变过程。汽化泡广泛存在于流体机械、传热传质、能源及航空航天等工程领域。例如，在水力机械、液体火箭发动机与动力机械的燃料供应系统以及火力与核电的回路中，空化是一种十分常见的现象，空化的发生往往会导致机器效率下降并引起振动、噪声和材料表面破坏等问题，严重时会使机器不能正常工作；在燃烧装置与电子器件中，通过沸腾来强化散热效果；也有研究人员利用空化及沸腾这种汽化过程来实现灭菌、制备小分子水、污水处理以及材料表面改性等。汽化泡的演变包含了丰富的物理化学信息，一直以来备受研究人员的关注。汽化泡的演变过程在不同液体介质中存在明显差异，并且会显著受到液体压力和温度的影响。研究人员通常采用实验方法对汽化泡的演变过程进行研究，经文献检索发现，中国专利公开号：CN104792492A，专利名称：一种尺寸可控的低电压气泡发生实验装置，公开了一种基于普通交流电源的尺寸可控的低电压气泡发生实验装置，能够在低电压的安全环境下在指定位置生成直径大小可控的气泡，并对气泡从生成到溃灭的过程进行观察分析。然而，该实验装置只能对常温常压下为液态的液体开展实验并且无法对实验液体的压力和温度进行调节。中国专利公开号：CN104296961A，专利名称：减压环境下大尺度气泡实验装置及方法，公开了一种减压环境下大尺度气泡实验装置及方法，能够生成大尺度气泡并进行气泡机理研究。虽然该装置能够实现减压，但依然只能对常温常压下为液态的液体开展实验并且无法对实验液体加压和温度调节。另一方面，汽化泡的演变过程伴随着不同程度的温度变化，目前研究人员对汽化泡温度的测量只是通过单点温度传感器获取，即便布置多个温度传感器也很难反应出汽化泡周围完整的温度场信息，进而也捕捉不到汽化泡热边界层的变化，更无法将热边界层与可视化汽化泡形态进行对比分析。若采用现有的红外热成像技术来采集温度场信息，由于红外热成像的特点，则只能采集到容器表面或者液体表面的温度场而无法获得液体内部汽化泡的温度场。现有试验装置均无法满足科学研究中对多种研究液体在不同压力和温度条件下生成汽化泡并开展研究工作的实际需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术无法满足实际需求的问题，提供一种压力和温度可调的汽化泡试验装置。该试验装置能实现常温液体和低温液体汽化泡的生成及汽化泡演变过程的可视化图像和温度场的同步采集，研究液体的压力和温度可进行大范围调节，所获取的试验数据对汽化泡机理研究有重要价值。本专利技术是通过下述技术方案实现的。一种压力和温度可调的汽化泡试验装置，包括真空罐部分、试验罐部分、辅助设备部分、数据采集系统。真空罐部分用于提供真空环境；包括真空罐、真空接口、真空罐法兰盘、第一观察窗、第一法兰盘、第二法兰盘，连接关系：真空罐为上方敞口的圆柱形罐体，第二法兰盘中心通孔的直径与真空罐的外径相同，真空罐的上边缘与第二法兰盘的上表面平齐，通过焊接固定；在真空罐的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第一观察窗为具有厚度的圆片，真空罐法兰盘和第一法兰盘的内径和外径相同，真空罐法兰盘的外径与真空罐开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第一观察窗的外径大于真空罐法兰盘的内径但与螺栓孔不干涉，第一法兰盘通过螺栓将第一观察窗压紧在真空罐法兰盘上，真空罐的通孔、真空罐法兰盘、第一观察窗和第一法兰盘的轴线重合；真空罐的侧壁上开设有真空接口。试验罐部分用于生成汽化泡，并为汽化泡的演变过程提供空间；包括：试验罐、试验罐法兰盘、第二观察窗、第三法兰盘、第四法兰盘、电极、铜丝、液体输送管、液体输送管阀门、泄压阀、气体接口阀、电火花控制器，连接关系：试验罐为上方敞口的圆柱形罐体，第四法兰盘为实心法兰盘，试验罐的上边缘与第四法兰盘的下表面平齐，中心轴线重合，通过焊接固定；在试验罐的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第二观察窗为具有厚度的圆片，试验罐法兰盘和第三法兰盘的内径和外径相同，试验罐法兰盘的外径与试验罐开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第二观察窗的外径大于试验罐法兰盘的内径但与螺栓孔不干涉，第三法兰盘通过螺栓将第二观察窗压紧在试验罐法兰盘上，试验罐的侧壁的通孔、试验罐法兰盘、第二观察窗和第三法兰盘的轴线重合；第四法兰盘的中心轴线上开设有通孔；第四法兰盘的中心轴线两侧开设有两个通孔，两根电极穿过通孔插入到试验罐内的液体中，电极悬空固定在第四法兰盘上并用密封胶进行密封，两根电极的顶端分别通过电线与电火花控制器连接，两根电极底端各连接一根铜丝，两根铜丝的底端间隔的距离小于电火花的击穿距离，两根铜丝的底端连线与试验罐侧壁通孔以及真空罐侧壁通孔的中心线重合；第四法兰盘开设有通孔，液体输送管穿过通孔并与孔壁固定连接；液体输送管与液体输送管阀门固定连接；第四法兰盘开设有通孔并通过焊接管道与气体接口阀连接，第四法兰盘与气体接口阀之间的管道上还设有旁通管道与泄压阀连接。试验罐放置到真空罐中，并通过第二法兰盘与第四法兰盘上的法兰孔固定；辅助设备部分用于实现压力和温度的调节；包括：第一真空泵、第一真空泵阀门、氦气钢瓶、氦气钢瓶阀门、第二真空泵、电加热管、电加热管开关，连接关系：气体接口阀通过管路分别与第一真空泵和氦气钢瓶连接，并分别通过第一真空泵阀门和氦气钢瓶阀门控制气体的输送；第二真空泵与真空罐侧壁上开设的真空接口连通；电加热管悬浮放置于试验罐的液体中；电加热管通过电线与电加热管开关连接。数据采集系统用于显示并采集试验罐内的压力和温度数据，采集并存储汽化泡生成及溃灭过程的图像和温度场数据；包括：冷光源、光源控制器、高速相机、红外传光束、高速热成像相机、压力传感器、温度传感器、压力采集器、温度采集器、计算机，连接关系：冷光源与光源控制器通过控制线连接，冷光源透过第一观察窗和第二观察窗向试验罐内打光；高速相机用于拍摄汽化泡的形态；高速相机的镜头的轴线与第一观察窗的轴线重合，高速相机通过控制线与计算机连接；红外传光束通过第四法兰盘的中心轴线上开设的通孔一端放入试验罐中，另一端与高速热成像相机连接；红外传光束到两根铜丝的底端连线的中心点的距离不小于电火花所能生成的最大汽化泡的半径；高速热成像相机用于采集汽化泡周围的温度场数据，高速热成像相机通过数据传输线与计算机连接；第四法兰盘上开设有两个通孔，压力传感器和温度传感器分别穿过通孔插入到试验罐内的液体中；压力传感器和温度传感器的顶端分别通过数据线与压力采集器和温度采集器连接，压力采集器和温度采集器分别通过数据线与计算机连接；计算机可对高速相机、高速热成像相机、压力采集器和温度采集器进行控制。红外传光束由保护玻璃、物镜、红外光纤束、目镜、镜头卡口、外套管、内套管、探头保护罩组装而成；红外光纤束由多条红外光纤组成，红外光纤束前端依次为物镜和保护玻璃，在红外光纤束与保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力和温度可调的汽化泡试验装置，其特征在于：包括真空罐部分、试验罐部分、辅助设备部分、数据采集系统；真空罐部分用于提供真空环境；包括真空罐(1)、真空接口(2)、真空罐法兰盘(3)、第一观察窗(4)、第一法兰盘(5)、第二法兰盘(6)，连接关系：真空罐(1)为上方敞口的圆柱形罐体，第二法兰盘(6)中心通孔的直径与真空罐(1)的外径相同，真空罐(1)的上边缘与第二法兰盘(6)的上表面平齐，通过焊接固定；在真空罐(1)的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第一观察窗(4)为具有厚度的圆片，真空罐法兰盘(3)和第一法兰盘(5)的内径和外径相同，真空罐法兰盘(3)的外径与真空罐(1)开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第一观察窗(4)的外径大于真空罐法兰盘(3)的内径但与螺栓孔不干涉，第一法兰盘(5)通过螺栓将第一观察窗(4)压紧在真空罐法兰盘(3)上，真空罐(1)的通孔、真空罐法兰盘(3)、第一观察窗(4)和第一法兰盘(5)的轴线重合；真空罐(1)的侧壁上开设有真空接口(2)；试验罐部分用于生成汽化泡，并为汽化泡的演变过程提供空间；包括：试验罐(7)、试验罐法兰盘(8)、第二观察窗(9)、第三法兰盘(10)、第四法兰盘(11)、电极(12)、铜丝(13)、液体输送管(16)、液体输送管阀门(17)、泄压阀(18)、气体接口阀(19)、电火花控制器(31)，连接关系：试验罐(7)为上方敞口的圆柱形罐体，第四法兰盘(11)为实心法兰盘，试验罐(7)的上边缘与第四法兰盘(11)的下表面平齐，中心轴线重合，通过焊接固定；在试验罐(7)的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第二观察窗(9)为具有厚度的圆片，试验罐法兰盘(8)和第三法兰盘(10)的内径和外径相同，试验罐法兰盘(8)的外径与试验罐(7)开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第二观察窗(9)的外径大于试验罐法兰盘(8)的内径但与螺栓孔不干涉，第三法兰盘(10)通过螺栓将第二观察窗(9)压紧在试验罐法兰盘(8)上，试验罐(7)的侧壁的通孔、试验罐法兰盘(8)、第二观察窗(9)和第三法兰盘(10)的轴线重合；第四法兰盘(11)的中心轴线上开设有通孔；第四法兰盘(11)的中心轴线两侧开设有两个通孔，两根电极(12)穿过通孔插入到试验罐(7)内的液体中，电极(12)悬空固定在第四法兰盘(11)上并用密封胶进行密封，两根电极(12)的顶端分别通过电线与电火花控制器(31)连接，两根电极(12)底端各连接一根铜丝(13)，两根铜丝(13)的底端间隔的距离小 于电火花的击穿距离，两根铜丝(13)的底端连线与试验罐(7)侧壁通孔以及真空罐(1)侧壁通孔的中心线重合；第四法兰盘(11)开设有通孔，液体输送管(16)穿过通孔并与孔壁固定连接；液体输送管(16)与液体输送管阀门(17)固定连接；第四法兰盘(11)开设有通孔并通过焊接管道与气体接口阀(19)连接，第四法兰盘(11)与气体接口阀(19)之间的管道上还设有旁通管道与泄压阀(18)连接；试验罐(7)放置到真空罐(1)中，并通过第二法兰盘(6)与第四法兰盘(11)上的法兰孔固定；辅助设备部分用于实现压力和温度的调节；包括：第一真空泵(20)、第一真空泵阀门(21)、氦气钢瓶(22)、氦气钢瓶阀门(23)、第二真空泵(24)、电加热管(14)、电加热管开关(30)，连接关系：气体接口阀(19)通过管路分别与第一真空泵(20)和氦气钢瓶(22)连接，并分别通过第一真空泵阀门(21)和氦气钢瓶阀门(23)控制气体的输送；第二真空泵(24)与真空罐(1)侧壁上开设的真空接口(2)连通；电加热管(14)悬浮放置于试验罐(7)的液体中；电加热管(14)通过电线与电加热管开关(30)连接；数据采集系统用于显示并采集试验罐(7)内的压力和温度数据，采集并存储汽化泡生成及溃灭过程的图像和温度场数据；包括：冷光源(25)、光源控制器(26)、高速相机(27)、红外传光束(28)、高速热成像相机(29)、压力传感器(32)、温度传感器(33)、压力采集器(34)、温度采集器(35)、计算机(36)，连接关系：冷光源(25)与光源控制器(26)通过控制线连接，冷光源(25)透过第一观察窗(4)和第二观察窗(9)向试验罐(7)内打光；高速相机(27)用于拍摄汽化泡的形态；高速相机(27)的镜头的轴线与第一观察窗(4)的轴线重合，高速相机(27)通过控制线与计算机(36)连接；红外传光束(28)通过第四法兰盘(11)的中心轴线上开设的通孔一端放入试验罐(7)中，另一端与高速热成像相机(29)连接；红外传光束(28)到两根铜丝(13)的底端连线的中心点的距离不小于电火花所能生成的最大汽化泡的半径；高速热成像相机(29)用于采集汽化泡周围的温度场数据，高速热成像相机(29)通过数据传输线...

【技术特征摘要】
1.一种压力和温度可调的汽化泡试验装置，其特征在于：包括真空罐部分、试验罐部分、辅助设备部分、数据采集系统；真空罐部分用于提供真空环境；包括真空罐(1)、真空接口(2)、真空罐法兰盘(3)、第一观察窗(4)、第一法兰盘(5)、第二法兰盘(6)，连接关系：真空罐(1)为上方敞口的圆柱形罐体，第二法兰盘(6)中心通孔的直径与真空罐(1)的外径相同，真空罐(1)的上边缘与第二法兰盘(6)的上表面平齐，通过焊接固定；在真空罐(1)的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第一观察窗(4)为具有厚度的圆片，真空罐法兰盘(3)和第一法兰盘(5)的内径和外径相同，真空罐法兰盘(3)的外径与真空罐(1)开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第一观察窗(4)的外径大于真空罐法兰盘(3)的内径但与螺栓孔不干涉，第一法兰盘(5)通过螺栓将第一观察窗(4)压紧在真空罐法兰盘(3)上，真空罐(1)的通孔、真空罐法兰盘(3)、第一观察窗(4)和第一法兰盘(5)的轴线重合；真空罐(1)的侧壁上开设有真空接口(2)；试验罐部分用于生成汽化泡，并为汽化泡的演变过程提供空间；包括：试验罐(7)、试验罐法兰盘(8)、第二观察窗(9)、第三法兰盘(10)、第四法兰盘(11)、电极(12)、铜丝(13)、液体输送管(16)、液体输送管阀门(17)、泄压阀(18)、气体接口阀(19)、电火花控制器(31)，连接关系：试验罐(7)为上方敞口的圆柱形罐体，第四法兰盘(11)为实心法兰盘，试验罐(7)的上边缘与第四法兰盘(11)的下表面平齐，中心轴线重合，通过焊接固定；在试验罐(7)的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第二观察窗(9)为具有厚度的圆片，试验罐法兰盘(8)和第三法兰盘(10)的内径和外径相同，试验罐法兰盘(8)的外径与试验罐(7)开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第二观察窗(9)的外径大于试验罐法兰盘(8)的内径但与螺栓孔不干涉，第三法兰盘(10)通过螺栓将第二观察窗(9)压紧在试验罐法兰盘(8)上，试验罐(7)的侧壁的通孔、试验罐法兰盘(8)、第二观察窗(9)和第三法兰盘(10)的轴线重合；第四法兰盘(11)的中心轴线上开设有通孔；第四法兰盘(11)的中心轴线两侧开设有两个通孔，两根电极(12)穿过通孔插入到试验罐(7)内的液体中，电极(12)悬空固定在第四法兰盘(11)上并用密封胶进行密封，两根电极(12)的顶端分别通过电线与电火花控制器(31)连接，两根电极(12)底端各连接一根铜丝(13)，两根铜丝(13)的底端间隔的距离小 于电火花的击穿距离，两根铜丝(13)的底端连线与试验罐(7)侧壁通孔以及真空罐(1)侧壁通孔的中心线重合；第四法兰盘(11)开设有通孔，液体输送管(16)穿过通孔并与孔壁固定连接；液体输送管(16)与液体输送管阀门(17)固定连接；第四法兰盘(11)开设有通孔并通过焊接管道与气体接口阀(19)连接，第四法兰盘(11)与气体接口阀(19)之间的管道上还设有旁通管道与泄压阀(18)连接；试验罐(7)放置到真空罐(1)中，并通过第二法兰盘(6)与第四法兰盘(11)上的法兰孔固定；辅助设备部分用于实现压力和温度的调节；包括：第一真空泵(20)、第一真空泵阀门(21)、氦气钢瓶(22)、氦气钢瓶阀门(23)、第二真空泵(24)、电加热管(14)、电加热管开关(30)，连接关系：气体接口阀(19)通过管路分别与第一真空泵(20)和氦气钢瓶(22)连接，并分别通过第一真空泵阀门(21)和氦气钢瓶阀门(23)控制气体的输送；第二真空泵(24)与真空罐(1)侧壁上开设的真空接口(2)连通；电加热管(14)悬浮放置于试验罐(7)的液体中；电加热管(14)通过电线与电加热管开关(30)连接；数据采集系统用于显示并采集试验罐(7)内的压力和温度数据，采集并存储汽化泡生成及溃灭过程的图像和温度场数据；包括：冷光源(25)、光源控制器(26)、高速相机(27)、红外传光束(28)、高速热成像相机(29)、压力传感器(32)、温度传感器(33)、压力采集器(34)、温度采集器(35)、计算机(36)，连接关系：冷光源(25)与光源控制器(26)通过控制线连接，冷光源(25)透过第一观察窗(4)和第二观察窗(9)向试验罐(7)内打光；高速相机(27)用于拍摄汽化泡的形态；高速相机(27)的镜头的轴线与第一观察窗(4)的轴线重合，高速相机(27)通过控制线与计算机(36)连接；红外传光束(28)通过第四法兰盘(11)的中心轴线上开设的通孔一端放入试验罐(7)中，另一端与高速热成像相机(29)连接；红外传光束(28)到两根铜丝(13)的底端连线的中心点的距离不小于电火花所能生成的最大汽化泡的半径；高速热成像相机(29)用于采集汽化泡周围的温度场数据，高速热成像相机(29)通过数据传输线与计算机(36)连接；第四法兰盘(11)上开设有两个通孔，压力传感器(32)和温度传感器(33)分别穿过通孔插入到试验罐(7)内的液体中；压力传感器(32)和温度传感器(33)的顶端分别通过数据线与压力采集器(34)和温度采集器(35)连接，压力采集器(34)和温度采集器 (35)分别通过数据线与计算机(36)连接；计算机(36)可对高速相机(27)、高速热成像相机(29)、压力采集器(34)和温度采集器(35)进行控制。2.如权利要求1所述的一种压力和温度可调的汽化泡试验装置，其特征在于：所述红外传光束(28)由保护玻璃(2801)、物镜(2802)、红外光纤束(2803)、目镜(2804)、镜头卡口(2805)、外套管(2806)、内套管(2807)、探头保护罩(2808)组装而成；红外光纤束(2803)由多条红外光纤组成，红外光纤束(2803)前端依次为物镜(2802)和保护玻璃(2801)，在红外光纤束(2803)与保护玻璃(2801)之间留有物镜(2802)的调节空间；红外光纤束(2803)后端为目镜(2804)并留有调节空间；红外光纤束(2803)、物镜(2802)、保护玻璃(2801)、目镜(2804)均被内套管(2807)包裹，红外光纤束(2803)将内套管(2807)填充满，物镜(2802)、保护玻璃(2801)、目镜(2804)的外径与内套管(2807)的内径相同，物镜(2802)和目镜(2804)与内套管(2807)配合连接，保护玻璃(2801)与内套管(2807)固定连接；内套管(2807)安装有物镜(2802)和保护玻璃(2801)的一端的外侧被探头保护罩(2808)包裹，其余部分被外套管(2806)包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国玉，陈泰然，黄彪，张敏弟，刘影，高德明，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11