The invention discloses a visualization experimental device and method for high temperature molten metal droplets impinging on a wall under negative pressure environment. The experimental device includes an air flotation shock absorption experimental platform, a metal droplet generation system, a temperature-controllable wall system, an environmental pressure regulating system, an automatic triggering high-speed photography system and an image analysis system. The metal droplet generation system produces metal droplets; the environmental pressure regulating system realizes precise control of the environmental pressure when droplets collide with the wall in a large negative pressure range; the automatic triggering high-speed photography system records the image of droplets colliding with the wall, and finally the video quantitative analysis by the image analysis system gives accurate droplet velocity, droplet diameter, spreading radius, height and so on. Deformation characteristics and other physical quantities. The experimental method can generate metal droplets under negative pressure and provide an experimental scheme for the mechanism study of metal droplets impacting on the wall. The method is simple in operation, safe and reliable in process, and has wide application value in experimental research.
【技术实现步骤摘要】
一种负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置及方法
本专利技术属于两相流动实验测试领域，具体涉及一种负压环境下高温熔融金属液滴碰壁可视化实验装置和方法。
技术介绍
随着对太空的探索逐渐深入，很多学者对于常见的物理现象发生在大气环境中和发生在太空负压环境中的区别有极大的兴趣。气液自由界面流动现象一直以来是两相流动中研究的热点，其中典型的物理现象是液滴撞击固体壁面的变形流动。在大气环境中，液滴碰壁后常伴随粘附、飞溅、反弹等现象，不同的运动现象会影响液滴对固体壁面的冲击力和液态燃料的燃烧热值。在星际太空以及航天推进器中，存在典型的负压环境，液态燃料及金属催化剂在推进器中的颗粒大小决定了燃料的燃烧效率，其反弹、飞溅、铺展等运动状态更是对动力装置的设计起到至关重要的作用，但目前该方面的实验研究还未开展，运动机理无法取得突破，因此，开展负压环境中金属液滴撞击壁面运动形态的实验研究是热点也是难点。针对该基础研究，存在环境压力、液滴撞击速度、液滴直径大小、实验壁面温度四个直接影响液滴撞击壁面运动形态的物理量，实验装置需能够实现其中任一物理量的控制，这就对实验测试方法提出了更高的技术...
【技术保护点】
1.一种负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置，其特征在于：包括金属液滴产生系统、可控温壁面系统、环境压力调节系统、自动触发高速摄影系统和图像处理系统；所述环境压力调节系统包括真空箱(1)，真空箱(1)为竖直放置的中空柱状结构，且边角圆弧过度；真空箱(1)外安装有压阻真空计(14)、手动阀门(15)、高真空球阀(16)和真空泵(17)，用于压力的调节和实时显示；在真空箱(1)周向相对两个面上设置有石英玻璃视窗(9)，用于光照和高速相机(21)的拍摄；真空箱(1)一侧设置有真空箱侧门(25)；所述金属液滴产生系统包括金属熔炉、黄铜喷嘴(5)、陶瓷电加热器(6)、压力变送器(7...
【技术特征摘要】
1.一种负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置，其特征在于：包括金属液滴产生系统、可控温壁面系统、环境压力调节系统、自动触发高速摄影系统和图像处理系统；所述环境压力调节系统包括真空箱(1)，真空箱(1)为竖直放置的中空柱状结构，且边角圆弧过度；真空箱(1)外安装有压阻真空计(14)、手动阀门(15)、高真空球阀(16)和真空泵(17)，用于压力的调节和实时显示；在真空箱(1)周向相对两个面上设置有石英玻璃视窗(9)，用于光照和高速相机(21)的拍摄；真空箱(1)一侧设置有真空箱侧门(25)；所述金属液滴产生系统包括金属熔炉、黄铜喷嘴(5)、陶瓷电加热器(6)、压力变送器(7)、氮气瓶(12)、进气管路和电磁阀(13)；陶瓷电加热器(6)包围在所述金属熔炉外侧；所述金属熔炉的熔炉筒体(3)为竖直放置的中空柱状结构，两端分别通过熔炉上端盖(2)和熔炉下端盖(4)封闭；黄铜喷嘴(5)安装于所述金属熔炉内，熔炉筒体(3)和熔炉下端盖(4)连接的通孔内，使熔融态金属能够从黄铜喷嘴(5)中心孔滴落；氮气瓶(12)、电磁阀(13)和进气管路通过外伸接口安装于熔炉上端盖(2)上，压力变送器(7)安装于所述熔炉上端盖(2)，用于实时测量所述金属熔炉内部压力，精度为0.1Pa；所述金属熔炉通过丝杠(8)安装在真空箱内部，丝杠(8)设置于真空箱(1)内，并垂直于真空箱(1)的底面；通过调节真空箱(1)外设置的丝杠手轮(24)转动丝杠(8)，进一步改变所述金属熔炉高度位置；所述可控温壁面系统设置于真空箱(1)的底面上，并处于所述金属熔炉的正下方，包括实验壁面(10)、电加热板(11)和温度控制装置；实验壁面(10)水平放置在电加热板(11)上方，通过导热加温；所述温度控制装置与电加热板(11)连接；所述自动触发高速摄影系统设置于真空箱(1)外，包括激光触发装置，高速摄影装置，光源系统；组成所述激光触发装置的激光发射器(18)和激光接收器(19)相对设置，其安装位置在金属液滴下落路径上，与石英玻璃视窗(9)相对；金属液滴下落时激光接收器(19)触发所述高速摄影装置的高速相机(21)的开关，开始记录；所述光源系统通过石英玻璃视窗(9)给真空箱(1)内照明；所述图像处理系统与所述自动触发高速摄影系统连接。2.根据权利要求1所述负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置，其特征在于：所述真空箱(1)采用20mm厚不锈钢制作而成，其内压力可调范围为10Pa-10kPa。3.根据权利要求1所述负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置，其特征在于：将所述石英玻璃视窗(9)在同一侧分为上、下两个视窗，能够避免石英玻璃在内外压差作用下的变形破碎，提高了实验的安全系数。4.根据权利要求1所述负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置，其特征在于：所述陶瓷电加热器(6)外围使用玻璃棉包裹以隔绝高温，其调节温度范围为50℃-300℃。5.根据权利要求1所述负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置，其特征在于：所述外伸接口长度大于150mm，能够有效减少高温对进气管路的损坏。6.根据权利要求1所述负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置，其特征在于：所述电加热板(11)为铸铝电加热板，在其下方设置四个隔热脚垫，防止高温损伤真空箱(1)的底面。7.一种使用权利要求1所述实验装置在负压环境下高温熔融金属液滴碰壁的实验方法，其特征在于：步骤1：按需选择孔径合适的黄铜喷嘴(5)，采用过盈配合的方式将黄铜喷嘴(5)安装于熔炉筒体(3)和熔炉下端盖(4)连接的通孔内；通入氮气清洗所述金属熔炉，将金属块放入所述金属熔炉内，黄铜喷嘴(5)上方；在保证所述金属熔炉各部件之间密封性的前提下，打开氮气进气电磁阀(13)，将金属熔炉内部空气排出，防止金属块表面氧化；步骤2：将安装好的所述金属熔炉固定于丝杠(8)上，通过丝杠手轮(24)调节所述金属熔炉初始位置，改变所述金...
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