一种过冷大水滴结冰云雾模拟喷嘴装置制造方法及图纸

本发明专利技术适用于云雾模拟技术领域，提供了一种过冷大水滴结冰云雾模拟喷嘴装置，该装置包括安装在喷嘴管道上的至少一个第一喷嘴和至少一个第二喷嘴，第一喷嘴的喷雾角度与第二喷嘴的喷雾角度具有重叠区域；第一喷嘴具有第一液体通道、第一气体通道、混合腔室以及喷出通道；第一气体通道靠近混合腔室的端部设置有旋流段，喷出通道的直径逐渐增加；第二喷嘴具有第二液体通道以及安装在第二液体通道中的旋流芯，旋流芯侧壁开设有至少两个旋流槽，旋流芯沿其轴线方向开设有中心通孔。本发明专利技术利用第一喷嘴实现小粒径液滴喷雾，利用第二喷嘴实现大粒径液滴喷雾，通过两个喷嘴的喷雾重叠掺混，实现过冷大水滴结冰云雾条件的准确试验模拟。拟。拟。

【技术实现步骤摘要】
一种过冷大水滴结冰云雾模拟喷嘴装置


[0001]本专利技术属于云雾模拟
，具体涉及一种过冷大水滴结冰云雾模拟喷嘴装置。

技术介绍

[0002]当飞机在云层中飞行时，云层中的过冷水滴（即温度低于冰点的液态水滴）会不断撞击飞机迎风面，导致其表面发生结冰现象；飞机结冰广泛存在于飞行实践中，并严重威胁飞行安全。
[0003]结冰风洞是开展飞机结冰研究及飞机部件防除冰系统验证的重要地面试验设备，其在飞机结冰适航审定中扮演着重要角色；结冰云雾环境模拟能力是结冰风洞性能的核心内容，结冰云雾微物理特征的准确测量与评估是结冰风洞准确模拟结冰云雾环境的关键，其中云雾液滴尺寸分布及特征参数是结冰云雾重要的微物理特征之一。
[0004]液滴尺寸分布定义为云雾内各液滴直径对应的液滴浓度分布，液滴浓度通常包括液滴数量、数密度、液态水含量等参数；体积中值直径定义为累积体积分数为0.5对应的液滴直径，即大于该直径的液滴体积与小于该直径的液滴体积相等，该参数基于液滴尺寸分布计算得到，是结冰云雾重要的微物理特征参数。
[0005]目前，随着大气结冰问题研究的不断深入，美国联邦航空管理局在原有传统结冰云雾条件（由适航规范附录C给出），进一步提出了过冷大水滴结冰云雾条件（由适航规范附录O给出），并对结冰风洞提出了试验模拟需求；传统结冰云雾条件主要包括云雾中值体积直径（MVD）和液态水含量（LWC）两个主要参数，其中MVD的模拟范围为10~50μm，LWC的模拟范围为0.05~3g/m3，未对液滴尺寸分布给出具体要求；过冷大水滴结冰云雾条件在原有云雾中值体积直径（MVD）和液态水含量（LWC）两个参数基础上，明确提出过冷大水滴结冰气象条件特有的液滴分布特征，包括冻细雨（MVD<40μm）、冻细雨（MVD>40μm）、冻雨（MVD<40μm）、冻雨（MVD>40μm）四种典型液滴分布（见图1），这些分布具有显著的双峰特征，其中液滴尺寸模拟范围从2μm到2000μm，液态水含量则低于0.44g/m3。
[0006]针对传统结冰云雾条件，考虑到其具有液滴尺寸范围小、水含量范围大的特征，目前主要结冰风洞均采用单一型号空气辅助雾化喷嘴（该类型喷嘴采用高压空气辅助液体雾化，可以形成尺寸较小的微米量级喷雾颗粒）进行云雾模拟，并取得较好的效果。
[0007]但是对于过冷大水滴结冰云雾条件，其具有液滴直径范围覆盖大（从微米尺度到毫米尺度，跨越三个量级）、明确的双峰型液滴尺寸分布和液态水含量低等特征，目前结冰风洞采用的喷嘴均难以模拟该复杂结冰云雾条件。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种过冷大水滴结冰云雾模拟喷嘴装置，利用第一喷嘴实现小粒径液滴喷雾，利用第二喷嘴实现大粒径液滴喷雾，通过两个喷嘴的喷雾重叠掺混，获得具有液滴直径覆盖范围大、明确的双峰型液滴尺寸分布和液态水含量低特征的喷雾，实现
过冷大水滴结冰云雾条件的准确试验模拟。
[0009]本专利技术是这样实现的：一种过冷大水滴结冰云雾模拟喷嘴装置，包括安装在喷嘴管道上的至少一个第一喷嘴和至少一个第二喷嘴，第一喷嘴的喷雾角度与第二喷嘴的喷雾角度具有重叠区域；第一喷嘴具有第一液体通道、第一气体通道、混合腔室以及喷出通道；第一液体通道和第一气体通道均与混合腔室连通，喷出通道连通混合腔室与外界环境，第一气体通道靠近混合腔室的端部设置有旋流段，喷出通道的直径沿第一方向逐渐增加，第一方向为混合腔室到喷出通道的方向；第二喷嘴具有第二液体通道以及安装在第二液体通道中的旋流芯；旋流芯将第二液体通道分隔为第一通道和第二通道，第二通道远离旋流芯的一端设置有第二出液口，旋流芯侧壁开设有至少两个旋流槽，旋流芯沿其轴线方向开设有中心通孔，中心通孔和旋流槽连通第一通道和第二通道。
[0010]在上述技术方案中，第一喷嘴将液体与经过旋流段的气体混合，实现小液滴粒径区间液滴尺寸的分布模拟，并利用喷出通道的锥角结构，进一步增大了喷雾的雾化范围，扩大喷雾角度，第二喷嘴利用旋流芯的结构，将经过旋流槽的液体与经过中心通孔的液体混合，实现大液滴粒径区间液滴尺寸分布模拟，并突破了低流量大颗粒生成瓶颈，获得了大雾化实心锥角喷雾，进而通过将第一喷嘴的喷雾和第二喷嘴的喷雾重叠掺混，实现双峰分布的模拟，满足过冷大水滴结冰云雾条件中液滴尺寸分布的模拟要求，第一喷嘴和第二喷嘴的数量，以及两者的安装位置等，可根据实际需求进行选择。
[0011]进一步的，第一液体通道包括依次连通的入液段、输液段以及出液段，输液段的轴线以及出液段的轴线均与第一喷嘴的轴线重叠，出液段相对于入液段更靠近混合腔室，出液段远离输液段的端部具有第一出液口，第一出液口的直径沿第一方向逐渐增加，第一出液口的直径也呈锥形结构，与喷出通道的锥形结构共同配合，提高第一喷嘴的喷雾角度，提高喷雾的均匀性。
[0012]进一步的，出液段沿第一方向还包括依次连通的液体衔接段、液体缩径段以及液体控制段，液体控制段与第一出液口连接，液体控制段的直径为恒定值，出液段的结构有助于控制液体输出时的稳定性。
[0013]进一步的，第一气体通道还包括进气段、环形空气腔以及多个输气段，进气段与环形空气腔连通，环形空气腔同轴套设在输液段外，多个输气段沿输液段的圆周方向均匀分布，多个输气段一端均与环形空气腔连通，另一端均连接有旋流段，多个旋流段的旋流方向相同。
[0014]进一步的，旋流段的轴线靠近混合腔室的端部位置的切线与输液段的径向面之间的夹角为旋流角，旋流角在40度到80度之间；液体控制段的直径在0.2mm到0.5mm之间，通过控制旋流角的大小以及液体控制段的直径大小，使得最后喷出的喷雾能够满足过冷大水滴结冰云雾条件中小液滴粒径区间液滴尺寸分布、液态水含量和均匀性的要求；在喷出通道的轴向切面上，喷出通道的两个侧边之间的夹角为空气锥角，空气锥角在40度到80度之间，使得最后喷出的喷雾能够满足过冷大水滴结冰云雾条件中大液滴粒径区间液滴尺寸分布、液态水含量和均匀性的要求。
[0015]进一步的，混合腔室包括依次连通的前端输送段和后端混合段，后端混合段连通在喷出通道和前端输送段之间，旋流段与前端输送段连通，第一出液口与后端混合段连通；
前端输送段的直径沿第一方向逐渐减小，后端混合段的直径为恒定值。
[0016]进一步的，第一喷嘴包括第一喷嘴主体、第一液体帽主体以及空气帽，入液段和进气段均设置在第一喷嘴主体内，第一喷嘴主体端部和第一液体帽主体端部均设置有凹槽，第一喷嘴主体端部的凹槽能够与第一液体帽主体端部的凹槽拼合形成环形空气腔，输液段、输气段以及旋流段均设置在第一液体帽主体内；第一液体帽主体远离第一喷嘴主体的端部连接有液体帽尖端，空气帽套设在液体帽尖端外，出液段设置在液体帽尖端内；混合腔室和喷出通道均设置在空气帽中，第一液体帽主体和空气帽的连接位置外固定有紧固螺帽。
[0017]进一步的，第一通道包括依次连通的进入段和运输段，第二通道包括依次连通的第一混合段和第二混合段，旋流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过冷大水滴结冰云雾模拟喷嘴装置，其特征在于，包括安装在喷嘴管道上的至少一个第一喷嘴（700）和至少一个第二喷嘴（800），所述第一喷嘴（700）的喷雾角度与所述第二喷嘴（800）的喷雾角度具有重叠区域；所述第一喷嘴（700）具有第一液体通道、第一气体通道、混合腔室（300）以及喷出通道（400）；所述第一液体通道和所述第一气体通道均与所述混合腔室（300）连通，所述喷出通道（400）连通所述混合腔室（300）与外界环境，所述第一气体通道靠近所述混合腔室（300）的端部设置有旋流段（210），所述喷出通道（400）的直径沿第一方向逐渐增加，所述第一方向为所述混合腔室（300）到所述喷出通道（400）的方向；所述第二喷嘴（800）具有第二液体通道以及安装在所述第二液体通道中的旋流芯（600）；所述旋流芯（600）将所述第二液体通道分隔为第一通道和第二通道，所述第二通道远离所述旋流芯（600）的一端设置有第二出液口（521），所述旋流芯（600）侧壁开设有至少两个旋流槽（610），所述旋流芯（600）沿其轴线方向开设有中心通孔（620），所述中心通孔（620）和所述旋流槽（610）连通所述第一通道和所述第二通道。2.根据权利要求1所述的一种过冷大水滴结冰云雾模拟喷嘴装置，其特征在于，所述第一液体通道包括依次连通的入液段（110）、输液段（120）以及出液段（130），所述输液段（120）的轴线以及所述出液段（130）的轴线均与所述第一喷嘴（700）的轴线重叠，所述出液段（130）相对于所述入液段（110）更靠近所述混合腔室（300），所述出液段（130）远离所述输液段（120）的端部具有第一出液口（131），所述第一出液口（131）的直径沿第一方向逐渐增加。3.根据权利要求2所述的一种过冷大水滴结冰云雾模拟喷嘴装置，其特征在于，所述出液段（130）沿第一方向还包括依次连通的液体衔接段（132）、液体缩径段（133）以及液体控制段（134），所述液体控制段（134）与所述第一出液口（131）连接，所述液体控制段（134）的直径为恒定值。4.根据权利要求2所述的一种过冷大水滴结冰云雾模拟喷嘴装置，其特征在于，所述第一气体通道还包括进气段（220）、环形空气腔（230）以及多个输气段（240），所述进气段（220）与所述环形空气腔（230）连通，所述环形空气腔（230）同轴套设在所述输液段（120）外，多个所述输气段（240）沿所述输液段（120）的圆周方向均匀分布，多个所述输气段（240）一端均与所述环形空气腔（230）连通，另一端均连接有所述旋流段（210），多个所述旋流段（210）的旋流方向相同。5.根据权利要求3所述的一种过冷大水滴结冰云雾模拟喷嘴装置，其特征在于，所述旋流段（210）的轴线靠近所述混合腔室（300）的端部位置的切线与所述输液段（120）的径向面之间的夹角为旋流角（250），所述旋流角（250）在40度到80度之间；所述液体控制段（134）的直径在0.2mm到0.5mm之间；在所述喷出通道（400）的轴向切面上，所述喷出通道（400）的两个侧边之间的夹角为空气锥角（410），所述空气锥角（410）在40度到80度之间。6.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭向东，王梓旭，李明，易贤，赵荣，陈海，范志宏，聂海龙，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
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