气固两相激波管实验装置和实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气固两相激波管实验装置和实验方法。包括依次布置的高气压段、爆破隔膜、气压段、圆变方过渡段、第一方管段、可视化测试段、第二方管段和收集箱；可视化测试段顶端装有颗粒储存释放组件，底端装有颗粒收集管段，颗粒收集管段下方设有动态称重天平，固体颗粒受重力下落穿过可视化测试段形成颗粒帘，并落在动态称重天平上，第一、二方管段上分别装有第一、二压力传感器和第三、第四压力传感器；颗粒储存释放组件实现颗粒帘厚度和体积分数的调节，压力传感器采集获得激波衰减变化。本发明专利技术可通过控制不同测试颗粒的颗粒帘厚度、体积分数及改变激波马赫数，观察和分析激波与稠密颗粒群相互作用的行为特征和影响规律。

【技术实现步骤摘要】
气固两相激波管实验装置和实验方法
本专利技术涉及了一种激波管实验装置，尤其是涉及了一种气固两相激波管实验装置和实验方法。
技术介绍
激波与颗粒群相互作用是可压缩颗粒负载流中普遍而重要的现象，涉及航空航天、医疗卫生、安全防控及环境保护等众多领域，具体应用例如含固体颗粒炸药爆炸、火箭引擎中固体燃料推进、含尘大气中高速飞行、药物粉末无针注射、超音速冷喷涂、干粉灭火、粉尘爆炸、火山喷发等。开展对激波与稠密颗粒群相互作用时复杂的气固两相流问题的研究，关键在于入射激波与稠密颗粒群相互作用之前激波马赫数、颗粒初始空间分布的调控以及之后的激波、接触面和颗粒群动态影像数据的获取。因为通常的实验条件要求颗粒群初始近似处于静止状态，如果采用将颗粒置于装载室内的方式，由于重力作用，颗粒将会集中在装载室底部或填满整个装载室，而颗粒群初始体积分数显然无法调控，为此现有技术中缺少上述要求的实验装置。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中所存在的问题，本专利技术的目的在于提供了一种气固两相激波管实验装置和实验方法，在激波与稠密颗粒群相互作用时进行高速纹影拍摄和动态压力测量，由此能系统地获得实验数据。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一、一种气固两相激波管实验装置：包括高气压段、爆破隔膜、气压段、圆变方过渡段、第一方管段、可视化测试段、第二方管段和收集箱；高压气瓶的输出端依次经高气压段、气压段后与第一方管段的入口端连接，高气压段和气压段端口之间设有爆破隔膜，气压段和第一方管段之间通过圆变方过渡段连接，打开高压气瓶使高气压段与气压段存在一定的气压比，通过爆破隔膜爆破的方式产生激波，激波依次气压段、圆变方过渡段、第一方管段、可视化测试段和第二方管段后进入收集箱；第一方管段的出口端依次经可视化测试段、第二方管段后与收集箱，可视化测试段顶端安装连接有存储有固体颗粒的颗粒储存释放组件，底端安装连接有竖直的颗粒收集管段，颗粒收集管段正下方设有动态称重天平，通过颗粒储存释放组件释放固体颗粒，固体颗粒受重力下落形成颗粒帘穿过可视化测试段，再经颗粒收集管段后落在动态称重天平上；第一方管段上安装有沿轴向方向间隔布置的第一压力传感器与第二压力传感器，第二方管段上安装有沿轴向方向间隔布置的第三压力传感器和第四压力传感器。调整所述的颗粒储存释放组件实现对于颗粒帘厚度和体积分数的调节控制，通过四个压力传感器采集获得激波的衰减变化。所述的颗粒储存释放组件包括内芯安装块、可替换内芯、颗粒储存室和门阀，内芯安装块底端通过第一固定螺钉固定安装在可视化测试段顶端的端口处，内芯安装块顶端和颗粒储存室连接，颗粒储存室中部安装有用于控制颗粒释放的门阀；内芯安装块开有中心通槽，中心通槽的上部为喇叭口结构，可替换内芯通过第二固定螺钉固定安装在内芯安装块中心通槽中，可替换内芯中间开有用于颗粒通过的狭长缝隙。可替换内芯顶端具有内芯安装块中心通槽上部的喇叭口结构倾斜角度相同的喇叭口结构。通过替换不同的内芯安装块，调整可替换内芯狭长缝隙的长和宽，进而实现对于颗粒帘的宽度、厚度和体积分数的调节控制。所述的可替换内芯为长方体结构，狭长缝隙的宽度范围为2～10mm。所述的可视化测试段的侧壁采用透明材质。可视化测试段为长方体结构，相较于圆柱体结构，尽量减少光的折射、聚焦等影响，使纹影仪采集的图像更加清晰。高速摄影仪与计算机连接，对可视化测试段直接摄影，测得颗粒帘的厚度等数据，结合动态称重天平确定颗粒帘初始体积分数；采用高速纹影技术，并结合高速摄影仪及计算机观测记录激波对稠密颗粒群作用的情况。二、一种气固两相激波管实验方法：采用上述装置，通过颗粒储存释放组件释放固体颗粒，固体颗粒依靠重力下落产生颗粒帘，通过爆破隔膜爆破的方式获得激波；当高压气瓶未打开且颗粒储存释放组件释放固体颗粒，通过高速摄影仪采集可视化测试段中颗粒帘及动态称重天平变化情况的视频影像；当颗粒储存释放组件释放固体颗粒且爆破隔膜爆破后，激波经过可视化测试段时和颗粒发生碰撞，使用纹影仪将可视化测试段处激波和颗粒碰撞产生的激波-颗粒相互作用和颗粒-颗粒相互作用反映成影像，同时用高速摄影仪记录影像，并且通过四个压力传感器采集压力数据获得激波马赫数的衰减变化。通过四个压力传感器采集压力数据获得激波的衰减变化具体采用以下方式：1)根据第一压力传感器和第二压力传感器之间的轴向间距以及第一压力传感器和第二压力传感器分别采集到压力数据的时间差采用以下公式计算获得激波的速度：其中，d表示第一传感器与第二传感器之间的轴向距离，t0、t1分别表示激波通过第一压力传感器的第二传感器的时刻。进而计算获得入射激波的马赫数：其中，a0为当地声速。并同时能够作出t-x曲线用于直观得到激波的衰减变化情况，如图4所示，t表示时间，x表示激波管的轴向距离；爆破隔膜处定义为x＝0，爆破隔膜爆破时定义为t＝0。2)由第三压力传感器和第四压力传感器采集获得的压力数据采用与步骤1)相同的方式计算获得激波的马赫数；3)将步骤2)获得的激波的马赫数和步骤1)获得的入射激波的马赫数相减的差值作为激波马赫数的衰减变化。优选地，采用有十字刻痕的不同厚度镍合金爆破隔膜产生不同马赫数的平面入射激波，避免隔膜碎片化爆破。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术同时利用可视化测试段前后固定的压力传感器得到激波的衰减情况，结合高速摄影仪和纹影仪对激波与稠密颗粒帘相互作用时的颗粒帘进行高速纹影拍摄，观察和分析激波反射与透射、颗粒帘厚度变化等行为和规律。在现有技术的实验中，在实验前颗粒置于实验段内，颗粒由于重力作用积于实验段底部，这种放置方式使实验效果并不十分理想。本专利技术改变现有以往的颗粒放置方法，设计了颗粒储存释放组件，将颗粒放置在实验段上部的储存室中，打开门阀后，颗粒利用重力作用下落形成颗粒帘；同时，采用更换可替换内芯的方法改变体积分数，在节约材料、降低成本的同时更好地调控体积分数，使得到的实验结果更加准确。附图说明图1是本专利技术总体结构示意图。图2是内芯安装块剖面图。图3为图2中第二固定螺钉处的俯视剖面图。图4为实施例在不同体积分数条件下得到的t-x图像。图5为高速摄影仪记录的激波与颗粒帘相互作用实验过程示意图。图中：1、高压气瓶，2、高压段，3、爆破隔膜，4、气压段，5、圆变方过渡段，6、第一方管段，7、可视化测试段，8、颗粒收集管段，9、第二方管段，10、收集箱，11、第四压力传感器，12、第三压力传感器，13、门阀，14、颗粒储存室，15、第二压力传感器，16、第一压力传感器，17、第一固定螺钉，18、可替换内芯，19、内芯安装块，20、第二固定螺钉。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本专利技术包括高气压段2、爆破隔膜3、气压段4、圆变方过渡段5、第一方管段6、可视化测试段7、第二方管段9和收集箱10；高压气瓶1的输出端依次经高气压段2、气压段4后与第一方管段6的入口端连接，高气压段2和气压段4端口之间设有爆破隔膜3，通过改变爆破隔膜厚度改变控制马赫数，气压段4和第一方管段6之间通过圆变方过渡段5连接，打开高压气瓶，使高气压段与气压段产生一定的气压比，通过爆破隔膜爆破的方式获得激波，激波依次经气压段4、圆变方过渡段5、第一方管段6、可视化测试段7和第二方管段9后进入收集箱10。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气固两相激波管实验装置，其特征在于：包括高气压段(2)、爆破隔膜(3)、气压段(4)、圆变方过渡段(5)、第一方管段(6)、可视化测试段(7)、第二方管段(9)和收集箱(10)；高压气瓶(1)的输出端依次经高气压段(2)、气压段(4)后与第一方管段(6)的入口端连接，高气压段(2)和气压段(4)端口之间设有爆破隔膜(3)，气压段(4)和第一方管段(6)之间通过圆变方过渡段(5)连接，打开高压气瓶(1)使高气压段(2)与气压段(4)存在气压比，通过爆破隔膜(3)爆破方式产生激波，激波依次经气压段(4)、圆变方过渡段(5)、第一方管段(6)、可视化测试段(7)和第二方管段(9)后进入收集箱(10)；第一方管段(6)的出口端依次经可视化测试段(7)、第二方管段(9)后与收集箱(10)，可视化测试段(7)顶端安装连接有存储有固体颗粒的颗粒储存释放组件，底端安装连接有竖直的颗粒收集管段(8)，颗粒收集管段(8)正下方设有动态称重天平，通过颗粒储存释放组件释放固体颗粒，固体颗粒受重力下落穿过可视化测试段(7)形成颗粒帘，再经颗粒收集管段(8)后落在动态称重天平上；第一方管段(6)上安装有沿轴向方向间隔布置的第一压力传感器(16)与第二压力传感器(15)，第二方管段(9)上安装有沿轴向方向间隔布置的第三压力传感器(12)和第四压力传感器(11)。...

【技术特征摘要】
1.一种气固两相激波管实验装置，其特征在于：包括高气压段(2)、爆破隔膜(3)、气压段(4)、圆变方过渡段(5)、第一方管段(6)、可视化测试段(7)、第二方管段(9)和收集箱(10)；高压气瓶(1)的输出端依次经高气压段(2)、气压段(4)后与第一方管段(6)的入口端连接，高气压段(2)和气压段(4)端口之间设有爆破隔膜(3)，气压段(4)和第一方管段(6)之间通过圆变方过渡段(5)连接，打开高压气瓶(1)使高气压段(2)与气压段(4)存在气压比，通过爆破隔膜(3)爆破方式产生激波，激波依次经气压段(4)、圆变方过渡段(5)、第一方管段(6)、可视化测试段(7)和第二方管段(9)后进入收集箱(10)；第一方管段(6)的出口端依次经可视化测试段(7)、第二方管段(9)后与收集箱(10)，可视化测试段(7)顶端安装连接有存储有固体颗粒的颗粒储存释放组件，底端安装连接有竖直的颗粒收集管段(8)，颗粒收集管段(8)正下方设有动态称重天平，通过颗粒储存释放组件释放固体颗粒，固体颗粒受重力下落穿过可视化测试段(7)形成颗粒帘，再经颗粒收集管段(8)后落在动态称重天平上；第一方管段(6)上安装有沿轴向方向间隔布置的第一压力传感器(16)与第二压力传感器(15)，第二方管段(9)上安装有沿轴向方向间隔布置的第三压力传感器(12)和第四压力传感器(11)。2.根据权利要求1所述的一种气固两相激波管实验装置，其特征在于：调整所述的颗粒储存释放组件实现对于颗粒帘厚度和体积分数的调节控制，通过四个压力传感器采集获得激波的衰减变化。3.根据权利要求1所述的一种气固两相激波管实验装置，其特征在于：所述的颗粒储存释放组件包括内芯安装块(19)、可替换内芯(18)、颗粒储存室(14)和门阀(13)，内芯安装块(19)底端通过第一固定螺钉(17)固定安装在可视化测试段(7)顶端的端口处，内芯安装块(19)顶端和颗粒储存室(14)连接，颗粒储存室(14)中部安装有用于控制颗粒释放的门阀(13)；内芯安装块(19)开有中心通槽，中心通槽的上部为喇叭口结构，可替换内芯(18)通过第二固定螺钉(20)固定安装在内芯安装块(19)中心通槽中，可替换内芯(18)中间开有用于颗粒通...

【专利技术属性】
技术研发人员：章利特，隋真真，王天航，施红辉，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33