【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风洞试验，具体涉及一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统及其试验方法。
技术介绍
1、跨声速飞行和流动过程存在很多粘性主导的复杂流动现象，如边界层发展与转捩、流动分离、激波与边界层干扰等，直接影响飞行器和透平机械叶片的气动特性。目前，跨声速雷诺数模拟能力严重不足，已经成为制约先进飞行器和透平机械研制与发展的关键技术瓶颈之一，建设低温高雷诺数风洞系统和发展相应的试验方法是解决这一瓶颈问题的可行途径。
2、在低温高雷诺数风洞中，由于风洞结构的复杂性、绝热材料的亲水性、大气环境水蒸气的渗透性等原因，导致风洞中水汽含量控制较为困难和复杂，容易出现局部水汽含量高而导致出现结露或结霜现象。因此，需要发展一种水汽含量模拟系统，向高速低温流体中定量掺混杂质水蒸气，用以获取结露/结霜水汽含量边界以及研究水汽含量抑制方法。
3、在高速低温流动中，有一种基于非平衡热力学理论的气体自发凝结现象，该现象出现在气体的高速膨胀过程中，如拉伐尔喷管、透平膨胀机等流道中的膨胀过程。随着气体的高速膨胀，气体静温和静压逐步降低并达到气相饱和温度，但是，由于高速膨胀过程相变能量壁垒相较于稳态（或平衡态）高，气体分子间传热受到抑制，导致气体达到气相饱和温度后仍然无法相变而保持气相状态，只有继续膨胀至低于气相饱和一定水平后，气体才会产生部分相变。
4、非平衡相变抑制原理同样适用于气流中含有其他微量气体组分的情况，此时的微量气体组分作为高沸点微量杂质气体存在，被称为异质非平衡自发凝结现象，高沸点微量杂质气体沸点可能远高于主要组
5、基于非平衡相变抑制原理，在风洞喷管段实现高沸点微量杂质气体的气相掺混和播撒，通过合理的杂质气源、流量控制管路和播撒装置的设计，可以在风洞喷管段进行高精度的高沸点微量杂质气体掺混，获得限定的水汽含量的高速低温流体用于试验研究。同时，采用流量控制器获取高沸点微量杂质气体含量并反馈至流量控制管路，进行高沸点微量杂质气体的高精度流量控制。
6、当前，亟需发展一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统及其试验方法。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统的试验方法，为风洞水汽含量控制、试验运行边界获取以及抑制方法的研究提供试验手段。
2、本专利技术的低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特点是，所述的播撒系统包括：杂质气源、流量控制管路、播撒装置、探测装置；
3、所述的杂质气源、流量控制管路、播撒装置依次串联，将杂质气源中的高沸点微量杂质气体经过流量控制后，利用压差原理通过播撒装置均匀的播撒入高速低温流体中，高沸点微量杂质气体进入高速低温流体后，探测装置进行组分浓度测量，测量结果反馈至流量控制器通过流量控制管路进行流量调节；
4、所述的杂质气源压力高于高速低温流体压力，用于克服播撒系统管道阻力，为播撒系统提供高沸点微量杂质气体；
5、所述的流量控制管路由开关阀、控制阀、流量控制器依次连接组成，用以将杂质气源产生的高沸点微量杂质气体进行流量控制，为下游播撒装置提供定量高沸点微量杂质气体；
6、所述的播撒装置，用以将流量控制管路中的定量高沸点微量杂质气体均匀的播撒至高速低温流体中，实现高速低温流体中的微量杂质掺混；
7、所述的探测装置，用以测量高速低温流体中的微量高沸点微量杂质气体含量，并将测量结果反馈至流量控制器，进行流量调节；
8、所述的高速低温流体的流速为马赫数0.15及以上；所述的低温为高速低温流体中的高沸点微量杂质气体的播撒温度范围为95k至常温。
9、进一步地，所述的杂质气源为高沸点微量杂质气体储存装置，或者使用相变原理的高沸点微量杂质气体发生装置。
10、进一步地，所述的杂质气源产生高沸点微量杂质气体后，使用另一股与高速低温流体相同气体工质的气流作为载气，混合后进入流量控制管路。
11、进一步地，所述的杂质气源压力高于高速低温流体压力，采用压缩机压缩、相变自增压或者载气增压的控制方式。
12、进一步地，所述的流量控制管路根据流量需求分为若干个并列的支路进行控制，各支路包括对应的供给支路和放空支路。
13、进一步地，所述的播撒装置置于高速低温流体流动区域，利用高速非平衡流动抑制气体相变的原理，使高沸点微量杂质气体以气相状态掺混进入高速低温流体中。
14、进一步地，所述的探测装置采用取样或者对掺混后的高速低温流体直接进行组分浓度测量；组分浓度测量方法包括光学法、色谱分析法。
15、进一步地，所述的高沸点微量杂质气体的纯度不低于99.9%；在相同压力下，高沸点微量杂质气体的沸点高于主流气体介质沸点15k以上。
16、本专利技术的低温下高沸点微量杂质气体播撒系统的试验方法，包括以下步骤：
17、s10.对杂质气源使用增压方式，获得高于高速低温流体压力的高沸点微量杂质气体；
18、s20.高沸点微量杂质气体进入流量控制管路，通过控制阀、流量控制器的流量控制，为播撒装置提供所需流量的高沸点微量杂质气体；
19、s30.高沸点微量杂质气体进入播撒装置后，利用高速非平衡流动抑制气体相变的原理，将保持气相状态的高沸点微量杂质气体均匀的掺混进高速低温流体中；
20、s40.通过探测装置的取样或直接测量获得含有高沸点微量杂质气体的高速低温流体的高沸点微量杂质气体含量，并对流量控制管路中的流量控制器进行反馈，按照预先设置的指标控制高沸点微量杂质气体流量；
21、s50.进行风洞试验，获得所需的风洞水汽含量控制、试验运行边界获取以及抑制方法的研究结果。
22、本专利技术的低温下高沸点微量杂质气体播撒系统的主要部件是杂质气源、流量控制管路、播撒装置和探测装置，杂质气源提供高沸点微量杂质气体，流量控制管路供给一定压力的高流量精度高沸点微量杂质气体，播撒装置利用压差原理均匀掺混高沸点微量杂质气体到高速低温气流中，探测装置进行高速低温气流中高沸点微量杂质气体含量测量并反馈进行流量控制。
23、本专利技术的低温下高沸点微量杂质气体播撒系统的试验方法，利用高速非平衡流动抑制气体相变的原理，解决了在风洞喷管段中进行播撒时高沸点微量杂质气体提前结露或结霜的现象，使得高沸点高沸点微量杂质气体的高精度定量播撒成为可能，能够有效控制风洞水汽含量，为风洞水汽含量边界获取以及抑制方法的研究提供了有力的试验手段。
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1.一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的播撒系统包括：杂质气源、流量控制管路、播撒装置、探测装置；
2.根据权利要求1所述的一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的杂质气源为高沸点微量杂质气体储存装置，或者使用相变原理的高沸点微量杂质气体发生装置。
3.根据权利要求1所述的一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的杂质气源产生高沸点微量杂质气体后，使用另一股与高速低温流体相同气体工质的气流作为载气，混合后进入流量控制管路。
4.根据权利要求1所述的一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的杂质气源压力高于高速低温流体压力，采用压缩机压缩、相变自增压或者载气增压的控制方式。
5.根据权利要求1所述的一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的流量控制管路根据流量需求分为若干个并列的支路进行控制，各支路包括对应的供给支路和放空支路。
6.根据权利要求1所述的一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的播撒装置置于高速低温流体流动区域，利用
7.根据权利要求1所述的一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的探测装置采用取样或者对掺混后的高速低温流体直接进行组分浓度测量；组分浓度测量方法包括光学法、色谱分析法。
8.根据权利要求1所述的一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的高沸点微量杂质气体的纯度不低于99.9%；在相同压力下，高沸点微量杂质气体的沸点高于主流气体介质沸点15K以上。
9.一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统的试验方法，其用于权利要求1~权利要求8中任意一种所述的低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的播撒系统包括：杂质气源、流量控制管路、播撒装置、探测装置；
2.根据权利要求1所述的一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的杂质气源为高沸点微量杂质气体储存装置，或者使用相变原理的高沸点微量杂质气体发生装置。
3.根据权利要求1所述的一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的杂质气源产生高沸点微量杂质气体后，使用另一股与高速低温流体相同气体工质的气流作为载气，混合后进入流量控制管路。
4.根据权利要求1所述的一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的杂质气源压力高于高速低温流体压力，采用压缩机压缩、相变自增压或者载气增压的控制方式。
5.根据权利要求1所述的一种低温下高沸点微量杂质气体播撒系统，其特征在于，所述的流量控制管路根据流量需求分为若干个并列的支路进行控制，各...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛璐，王元靖，李宇辰，肖楚璠，彭鑫，田富竟，刘大伟，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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