离心喷嘴内高频脉动流量的测量装置制造方法及图纸

一种离心喷嘴内高频脉动流量的测量装置，是由电极块与测量电路组成，电极块由两个环状多孔钛电极通过过盈配合镶嵌入紫铜环中并与电极封装壳体构成一个整体，然后通过电极引线接头引出；测量电路是基于锁相放大原理构成的，激励电路同时为测量电桥与移相器提供给信号，测量电桥的输出信号经过小信号放大后接入相敏检测器的信号通道，移相电路输出的信号接入相敏检测器的参考通道，由相敏检波器输出的信号经过低通滤波器（一）后接入放大电路，再经过低通滤波器（二）后接入模数转换电路，最后经过单片机和ＲＳ２３２接口输出。电极块与同口径的离心喷嘴相连接，电极块的电极引线与测量电路相连接，经过电路处理完的信号接入显示仪表和计算机进行记录。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为测量离心喷嘴内高频脉动流量的一种新方法。主要应用于液体火箭发动机喷嘴研制和试验研究领域，也可以应用于环状液膜厚度动态测量及环状液流脉动流量测量等领域。
技术介绍
燃烧稳定性问题是液体火箭发动机研制过程中的关键，喷嘴作为液体火箭发动机燃烧室内燃烧的组织者，其雾化掺混性能控制着燃烧完全性。有关研究表明，喷嘴的动态特性对燃烧稳定性起着非常重要的作用。所谓喷嘴动态特性，即喷嘴对压力扰动产生反应而出现流量脉动对整个工作过程的稳态参数平均值和动态特性影响。在火箭发动机研制过程中燃烧室内出现1000Hz以下的中、高频压力脉动情况非常多，而在此脉动影响下，喷嘴的流量也会产生相应频率的脉动，如何测得相应频率的喷嘴流量脉动是整个喷嘴动态特性的实验研究关键。离心喷嘴是液体火箭发动机采用的非常广泛的喷注单元结构型式，其工作特点是喷嘴内液流旋转，在喷嘴中心线附近会形成气涡，液流的流动形式为一旋转的环形液膜，测此环形液流的中、高频脉动流量是一个世界性的技术难题。高频脉动流量的测量在工程上也一直是难以解决的问题，离心喷嘴内液流为环形、喷嘴内部尺寸很小及避免传感器影响液流等技术要求，使得其脉动流量测量更加困难。本专利技术研究并实现了一种使用电导法测量出液膜厚度脉动量从而评估出流量脉动量的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种离心喷嘴内高频脉动流量的测量装置，它首次提出用液膜厚度脉动来评估离心喷嘴内的流量脉动，其及工作特点及原理说明如下离心喷嘴结构及各流动参数如图1所示，离心喷嘴的工作过程如下液体通过切向通道进入喷嘴后产生高速旋转，在离心力的作用下，液体会在旋流室和喷口通道壁面附近形成旋转的环形液膜，中心为空气涡。在离心喷嘴内部，液体具有自由内表面的旋流，液体漩涡表面波的传播情况可用下列类型的波动方程来描述∂2ξ∂t2=1rm4Win2Rin2(R2-rm22)∂2ξ∂z2---(1)]]>公式应用于旋流腔处时取式中R＝Rvc，应用于喷口处时取R＝RN。表面波的传播速度为Ww=(Win2Rin2rm3)(R2-rm22rm)=WinRinrm2R2-rm22---(2)]]>上式中的Wm2Rin2/rm3为液体表面上的离心加速度，而另一部分(R2-rm2)/2rm表征了液体漩涡的厚度。此表达式可与浅水波传播方称相类比，对于刚性壁面限制的半无穷空间，方程(1)的解为ξ=Ωeiω(t-z/Ww)---(3)]]>这里Ω表示液体表面波的振幅。对于具有自由内表面的轴对称旋转流动，将运动方程线性化为液体表面波动与轴向速度的关系式∂Wa′∂t=Win2Rin2rm3∂ξ∂z---(4)]]>对上式两边t进行积分得Wa′=Win2Rin2Wwrm3ξ=Win2Rin2Wwrm3Ωeiω(t-z/Ww)---(5)]]>轴向速度的振幅为|Wa′|=ΩWin2Rin2/(Wwrm3)---(6)]]>从(5)式可以看出，喷嘴内液体轴向流速脉动与液体漩涡的表面脉动同相位，且相对振幅相等。由流量的公式可得Q‾=Q+Q′=2π∫rm-ξR(Wa+Wa′)rdr=2π∫rm-ξR(Wa+Win2Rin2Wwrm3ξ)rdr---(7)]]>由上式可见流量的瞬时值是以液膜厚度瞬时值为变量的单值函数，故完全可以根据液膜厚度之值来表征流量。本专利技术基于离心喷嘴喷口内液体流速脉动与液体漩涡的表面脉动同相位且相对振幅相等这一特性。这样就可能根据喷嘴旋流室、喷口通道内环形液体厚度的脉动来评估喷嘴旋流室、喷口通道内流量的脉动。本专利技术在离心喷嘴旋流室或喷口内的两个不同截面处安装两个环形电极，导电液体由喷嘴切向通道进入旋流腔后将形成旋流，旋流腔及喷口通道的中心位置出现空气涡，喷嘴旋流室和喷口内形成一旋转的环形液膜。当通过喷嘴为液体来流脉动时，环形液膜的厚度会发生变化，两电极之间环形液膜厚度的变化将引起液体体积的变化，进而引起两电极间液膜电阻的变化，将电阻信号的变化送入经过后续电路处理后得到与液膜厚度变化相关的电信号，随后送入显示仪表或计算机进行数据记录。综上所述，本专利技术一种离心喷嘴内高频脉动流量的测量装置，其技术方案详述如下本专利技术一种离心喷嘴内高频脉动流量的测量装置，它是由测量用电极块与测量电路组成，电极块的电极引线与测量电路的测量电桥连接后进行脉动流量测量；电极块由环状多孔钛电极通过过盈配合镶嵌入紫铜环中与电极封装壳体构成一个整体，然后通过电极引线接头引出；该封装好的电极块与同口径的离心喷嘴相连接，封装电极块的电极引线与测量电路相连接，经过电路处理完的信号接入显示仪表和计算机进行记录；测量电路是基于锁相放大原理构成的，其结构组成及连接方式是激励电路同时为测量电桥与移相器提供给信号，测量电桥的输出信号经过小信号放大后接入相敏检测器的信号通道，移相电路输出的信号接入相敏检测器的参考通道，由相敏检波器输出的信号经过低通滤波器(一)后接入放大电路，然后再经过低通滤波器(二)后接入模数转换电路，最后经过单片机和RS232接口输出。单片机可对信号放大的倍数进行控制；该测量电路的激励电路可提供较为稳定、幅值频率可调的正弦波。激励信号经过测试电桥后变为携带液膜厚度变化信息的调幅信号经过初级放大后进入后续的相敏检波器。相敏检波器是锁相放大的核心元件，锁相放大能有效地抑制噪声对微弱信号的测量有着良好的效果。经过低通滤波器滤除噪声后，信号进入放大电路进行放大，放大电路的增益控制电阻为数字电位计，因此单片机可以通过控制数字电位计来调节放大器的放大倍数。信号再经过滤波处理、模数转换后可即可输出。其中，该离心喷嘴与电极块相连接，电极块内部封装有两个相距一定距离的多孔钛电极，测量电极间液膜电阻变化，得到液膜厚度变化进而得到旋流腔或喷口内液体脉动流量。其中，电极块中的多孔钛电极为环状多孔钛材料制成。由于多孔材料的吸水性增加导电液体和电极接触面积，提高测量的灵敏度。且钛金属性能优良，导电性好，耐腐蚀，价格适中，且能满足强度、可靠性等方面的要求。金属颗粒间的孔隙能增大被测液体与电极的有效接触面积，因此可以解决测量信号微弱的问题。其中，该多孔钛电极为环形结构，内径和喷口内径相同，多孔钛电极通过过盈配合套一铜环，用于密封和联接接线柱，然后通过电极引线接头引出。其中，两多孔钛电极间的间距应满足远小于旋流室或喷口通道内的液膜表面波的波长，但应大于旋流室或喷口通道内的液膜厚度。根据经验液膜厚度与喷口内液膜表面波的波长会相差两个数量级，例如几何特性A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离心喷嘴内高频脉动流量的测量装置，其特征在于：它是由测量用电极块与测量电路组成，电极块的电极引线与测量电路的测量电桥连接后进行脉动流量测量；电极块由环状多孔钛电极通过过盈配合镶嵌入紫铜环中与电极封装壳体构成一个整体，然后通过电极 引线接头引出；该电极块与同口径的离心喷嘴相连接，封装电极块的电极引线与测量电路相连接，经过电路处理完的信号接入显示仪表和计算机进行记录；测量电路是基于锁相放大原理构成的，其结构组成及其连接方式是：激励电路同时为测量电桥与移相器提供给 信号，测量电桥的输出信号经过小信号放大后接入相敏检测器的信号通道，移相电路输出的信号接入相敏检测器的参考通道，由相敏检波器输出的信号经过低通滤波器（一）后接入放大电路，然后再经过低通滤波器（二）后接入模数转换电路，最后经过单片机和ＲＳ２３２接口输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立军，王向东，范文宏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]