一种二维喷雾场粒径分布检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二维喷雾场粒径分布检测装置，包括支撑架、转动机构和激光粒度仪；激光粒度仪包括激光发生端和激光接收端；支撑架包括立柱和水平横杆；立柱竖直设置在转动机构的顶端，并在转动机构的驱动下，沿自身轴线旋转；水平横杆水平设置在喷嘴的正上方，水平横杆的一端与立柱固定连接，并随立柱同步旋转；位于喷嘴两侧的水平横杆底部各悬挂有一个支撑平台；激光发生端和激光接收端分别安装在两个支撑平台上。通过转动激光粒度仪，实现对喷雾场中所有液滴的粒径分布均进行测量。

【技术实现步骤摘要】
一种二维喷雾场粒径分布检测装置
本专利技术涉及燃料雾化领域中喷雾粒径分布检测问题，特别是一种二维喷雾场粒径分布检测装置。
技术介绍
随着人类探索太空活动逐年增加，航天推进系统技术的重要性愈专利技术显。液体火箭发动机由于比冲高、能反复启动、多次使用、推力可调节等优点而在人类空间技术的发展中备受关注，而燃料雾化则成为研制液体火箭发动机的一个重要内容。液体火箭发动机喷嘴的功能在于将推进剂以一定的流量引入燃烧室，将其雾化并以一定的比例相混合，形成均匀的燃料和氧化剂的混合物，以便于气化和燃烧。离心式喷嘴是一种应用广泛的喷嘴，它的原理是液体通过切向孔进入旋流室，由于剧烈的离心运动在喷嘴轴线上生成一个空气核，在喷嘴出口生成一个旋转的锥形液膜，之后锥形液膜经过一次破碎和二次雾化最终生成液滴。在液体火箭发动机以及许多燃烧装置中得到了广泛应用，如俄罗斯的NK-33、RD-58、RD-120、RD-170、RD-180、我国新一代大推力常温无毒推进剂液体火箭发动机YF-100、YF-115。因此获取气体中心离心式喷嘴雾化特性影响规律，可为离心式喷嘴设计提供理论指导。研究获得增强气体中心离心式喷嘴雾化特性的方法，通过喷嘴的合理优化设计，实现有助于高效、稳定燃烧的喷雾场分布，改善发动机性能。喷雾的粒径大小是衡量喷嘴雾化性能的重要指标，激光粒度仪是基于米氏散射理论和夫琅禾费衍射理论研究出的一种新型粒度测试仪器，已经在多种领域得到广泛的应用。它的特点是测试速度快、测试范围宽、重复性和真实性好、操作简便等等。如图2所示，激光粒度仪由激光发生端31和激光接收端32两部分组成，激光发生端里主要装有激光发生器、显微镜、准直镜等，作用是产生一束平行的激光束34，激光接收端主要包括傅里叶透镜321和光电传感器322和数据处理器323，激光束通过待测粒子群40后，由于液雾中液滴对激光的衍射和散射作用，导致激光的能量分布发生改变，散射光经过傅里叶透镜后，照射到光电传感器上，因为光电传感器阵列由一系列同心环带组成，每一个环带都是一个独立的传感器，能够将投射到上面的散射光能线性地转换成电压，然后送给数据处理装置，经过信号放大、A/D转换、计算机算法处理就可以得到粒子的平均直径及分布等信息。激光粒度仪测量的是激光光路上所有粒子的平均信息，如图3所示，传统的方法是将激光粒度仪置于喷雾场的中心轴线处，以此处的喷雾的粒径分布作为整个喷雾场的平均数据。但是实际喷嘴雾化过程远比理想状况复杂，液滴的产生有多种途径，比如强烈的气液相互作用可以使液滴直接从液膜上剥离、液膜内部巨大的湍动能可以使液滴脱落、液膜破碎形成液丝的同时也会生成伴随液滴等。然而，由于不同的位置喷雾具有不同的粒径分布，比如在锥形液膜内部，往往液滴较少，而在外部，液滴数量较多，并且这些部位液滴粒径大小也有明显的区别，使用平均数据进行描述是不准确的，导致对后续研究工作造成较大影响，例如，无法更为精确的预测燃烧区域，难以更好优化喷注器的设计等等。因此，仅仅通过中心轴线处的粒径分布情况是难以来衡量整个喷雾场的粒径分布，目前急需一种能够获取喷雾场中所有液滴的粒径的测量方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种二维喷雾场粒径分布检测装置，该二维喷雾场粒径分布检测装置通过转动激光粒度仪，实现对喷雾场中所有液滴的粒径分布均进行测量，从而能够更加精确的预测燃烧区域，有助于喷注器设计，由于好的喷注器设计有助于提高燃烧效率，提高燃烧稳定性，降低发动机尺寸，减少发动机质量，因此本专利技术意义重大。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种二维喷雾场粒径分布检测装置，包括支撑架、转动机构和激光粒度仪。激光粒度仪包括激光发生端和激光接收端。支撑架包括立柱和水平横杆。立柱竖直设置在转动机构的顶端，并在转动机构的驱动下，沿自身轴线旋转。水平横杆水平设置在喷嘴的正上方，水平横杆的一端与立柱固定连接，并随立柱同步旋转。位于喷嘴两侧的水平横杆底部各悬挂有一个支撑平台。激光发生端和激光接收端分别安装在两个支撑平台上。立柱高度能够升降。水平横杆能够伸缩。转动机构包括底座、步进电机、旋转轴和转盘。旋转轴的底端与内置在底座中的步进电机相连接，旋转轴的顶端与转盘相连接。步进电机驱动转盘每次按照设定角度θ进行转动。设定角度θ的计算公式为：式中，D为喷嘴喷射时喷雾场的径向圆环划分宽度，且D≥d，d为激光发生端发射的激光束宽度。L为激光发生端到喷嘴中心的轴向距离。通过改变D或者L值，从而调整设定角度θ，从而测得不同设定角度θ下的喷雾场内粒径分布情况。本专利技术具有如下有益效果：1、能够全面地反映二维喷雾场内粒径分布情况，解决了现有技术只对喷雾场部分区域进行检测而难以表述喷雾在空间中整体的雾化特性。2、锥形喷雾二维检测，因为采用了高度可调的立柱和长度可调的横杆，采用了自动化控制转动角度，只需要保证两个支撑平台上的激光粒度仪能够校准即可，达到了操作简单的目的，而现有技术大多采用多个电机控制喷嘴进行横向移动，需要使用者严格控制几台电机，并且在实际应用中，部分喷嘴安装复杂，难以安装到移动横梁上。在严格控制电机和保证各种安装精度的前提下，误差测量结果可靠，满足实验需求。3、通过减小喷嘴喷射时喷雾场的径向圆环划分宽度D(D≥d，优先选择D＝d)，将能使得本专利技术测试数据的精度越来越高。附图说明图1显示了本专利技术一种二维喷雾场粒径分布检测装置的结构示意图。图2显示了现有技术中激光粒度仪的测量示意图。图3显示了现有技术中二维喷雾场内粒径分布的测量示意图。图4显示了激光束按照设定角度θ旋转后的示意图。图5显示了激光束对第1个圆环的测量示意图。图6显示了激光束对第2个圆环的测量示意图。其中有：10.支撑架；11.立柱；12.水平横杆；13.支撑平台；131.悬挂杆；20.转动机构；21.底座；22.旋转轴；23.转盘；24.角度控制器；31.激光发生端；32.激光接收端；321.傅里叶透镜；322.光电传感器；323.数据处理器；33.计算机；34.激光束；40.待测粒子群；50.喷嘴；51.喷雾场；52.圆环。具体实施方式下面结合附图和具体较佳实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本专利技术的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本专利技术的保护范围。如图1所示，一种二维喷雾场粒径分布检测装置，包括支撑架10、转动机构20和激光粒度仪。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维喷雾场粒径分布检测装置，其特征在于：包括支撑架、转动机构和激光粒度仪；/n激光粒度仪包括激光发生端和激光接收端；/n支撑架包括立柱和水平横杆；/n立柱竖直设置在转动机构的顶端，并在转动机构的驱动下，沿自身轴线旋转；/n水平横杆水平设置在喷嘴的正上方，水平横杆的一端与立柱固定连接，并随立柱同步旋转；/n位于喷嘴两侧的水平横杆底部各悬挂有一个支撑平台；激光发生端和激光接收端分别安装在两个支撑平台上。/n

【技术特征摘要】
1.一种二维喷雾场粒径分布检测装置，其特征在于：包括支撑架、转动机构和激光粒度仪；
激光粒度仪包括激光发生端和激光接收端；
支撑架包括立柱和水平横杆；
立柱竖直设置在转动机构的顶端，并在转动机构的驱动下，沿自身轴线旋转；
水平横杆水平设置在喷嘴的正上方，水平横杆的一端与立柱固定连接，并随立柱同步旋转；
位于喷嘴两侧的水平横杆底部各悬挂有一个支撑平台；激光发生端和激光接收端分别安装在两个支撑平台上。


2.根据权利要求1所述的二维喷雾场粒径分布检测装置，其特征在于：立柱高度能够升降。


3.根据权利要求2所述的二维喷雾场粒径分布检测装置，其特征在于：水平横杆能够伸缩。

【专利技术属性】
技术研发人员：仝毅恒，姜传金，谢远，聂万胜，苏凌宇，钟战，王辉，史强，闫常春，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京;11