【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液滴发生和碰撞，尤其涉及一种在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统。
技术介绍
1、液滴在气相环境中的碰撞是直喷式内燃机、航空发动机和火箭冲压发动机燃油喷射中的重要物理过程。特别是在自燃液体火箭发动机中，燃料着火通过碰撞液滴的液相化学反应实现。燃烧室内的不均匀气流结合喷雾核心区较高的液滴数密度导致了液滴在燃烧室内的频繁碰撞。
2、作为流体力学领域的经典问题之一，液滴碰撞已经得到了广泛的关注与研究。由于早期液滴碰撞聚焦于气象学方面，因此试验系统均是在常压环境下搭建的。常压下的液滴碰撞试验系统中主要由三大重要部分组成，分别是由液滴生成器(微型阀)以及微型阀控制器组成的液滴生成系统、包含高速相机和高强度光源在内的图像采集系统以及为微型阀喷射提供动力的气源驱动系统。
3、液滴生成器为常闭式微型阀，通过电磁力进行控制，如图1所示，图1.a为关闭状态，图1.b为开启状态，在电磁阀断电的情况下，喷嘴顶部的球阀在回位弹簧弹力的作用下被压紧在喷口，此时微型阀处于关闭状态；当电磁阀开始通电，电磁铁产生磁力而对针阀形成吸引使其克服回位弹簧弹力的作用逐渐升起，微型阀中的液体随即喷出，随后电磁阀断电，球阀在回位弹簧的作用下继续压紧喷口并完成一次完整的喷射过程，喷出的液体在表面张力的作用下收缩为球形液滴。微型阀通断电的时间与频率通过微型阀控制器进行控制，流经液滴生成器的液体由气源(通常为氮气气源)驱动系统提供动力，并通过调整气源压力大小控制液滴速度。由于液滴喷射是在极短时间内完成的，对该过程的记录需配合高速相机并通过高
4、不同于原有的液滴碰撞试验，进行高压环境下相关问题研究的首要条件是满足液滴发生碰撞的高背压环境。由于探究该问题的目的是弄清楚究发动机燃烧室内液滴的真实动力学状况，因此环境背压最高将达到100atm。为实现这一目标，需在原有液滴碰撞试验系统的基础上增添高压容弹，并将液滴发生器等集成于高压容弹内，因此，如何实现对容弹内液滴发生器的触发以及完成液滴位置的精准调控将是本专利技术所重点关注的问题。
5、现有技术一：
6、现有公开号为cn 110201812 a的中国专利公开了一种参数可调节的液滴碰撞发生装置及其使用方法，该装置可以产生不同直径和不同速度的液滴，并可以进行简单的角度控制来观测两液滴间的碰撞。该专利技术提供的液滴碰撞装置主要包括液滴发生模块、拍摄模块和单片机。通过流量型蠕动泵可精准控制产生液滴的粒径，通过将气泵连接到液滴发生器的两侧赋予液滴初速度，通过单片机可实时控制液滴的碰撞角度。
7、现有技术一的缺陷问题：
8、该技术所提供装置的液滴发生器只能实现单平面的移动，由于试验用液滴尺寸较小，因此该装置在处理液滴错位碰撞的情况时存在较大难度；此外，该装置针对常压下液滴碰撞过程设置，试验环境压力无法进行调整因而难以探索环境压力变化对液滴碰撞的影响，对研究真实动力装置燃烧室内的液滴碰撞过程而言存在较大局限性。
技术实现思路
1、为了克服以上技术问题，本专利技术提供了一种在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，模拟高背压环境，利用四轴位移台和对应控制器，以及液滴生成器与对应控制器，完成容弹内液滴生成器的触发、生成大小速度满足条件的液滴和对液滴位置进行精准调控。
2、本专利技术提供了如下的技术方案：
3、一种在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其包括：
4、高压容弹系统，包括高压容弹(14)，所述高压容弹(14)具有密闭的容纳高压气体的空腔，其内充入高压气体，用以模拟高背压环境；
5、液滴生成系统，设于所述高压容弹(14)内，用以生成双元液滴，所述双元液滴持续喷射以及对应碰撞；
6、图像采集系统，用以采集所述高压容弹(14)内由所述液滴生成系统生成的双元液滴碰撞过程的影像。
7、根据一些实施方式，所述高压容弹系统，包括高压容弹(14)，所述高压容弹(14)包括内部中空的容弹本体(20)、上端盖(16)和下端盖(23)，三者密闭连接，所述容弹本体(20)内形成密闭空腔；所述上端盖(16)上设有三个连接孔，其中一个为气孔(17)，所述气孔(17)通过管路向外连接于高压容弹减压阀(4)，所述高压容弹减压阀(4)连接于高压容弹气源(2)，另外两个为液体孔(19)，所述液体孔(19)分别向外连接于储液罐第二减压阀(6)和储液罐第三减压阀(7)，所述储液罐第二减压阀(6)和储液罐第三减压阀(7)连接于储液罐(8)的出口，所述储液罐(8)的进口连接于储液罐气源(1)；所述容弹本体(20)密闭设置有两个对向的玻璃视窗(27)，所述图像采集系统通过所述玻璃视窗(27)对液滴碰撞过程进行拍摄。
8、根据一些实施方式，所述液滴生成系统，包括设于所述下端盖(23)上的系统台架(35)，两个相同构造的四轴位移台通过位移台固定板(34)对称安装于所述系统台架(35)上；每个所述四轴位移台上，通过液滴生成器固定板(32)和液滴生成器夹具(30)固定设置液滴生成器(31)；所述液滴生成器(31)的尾部均连接于所述液体孔(19)，通过所述液体孔(19)为所述液滴生成器(31)供液；所述四轴位移台与所述高压容弹(14)外的位移台控制器(13)电连接，所述位移台控制器(13)用于控制两个所述四轴位移台的调整，以调整两个所述液滴生成器(31)的液滴对应喷射碰撞方向；所述液滴生成器(31)与所述高压容弹(14)外的液滴生成器控制器(11)电连接，所述液滴生成器控制器(11)用于控制所述液滴生成器(31)的液滴喷射。
9、根据一些实施方式，所述图像采集系统，包括对向设置于一对对向的所述玻璃视窗(27)外的光源(10)和高速相机(15)，所述光源(10)、所述高速相机(15)、所述液滴生成器控制器(11)和所述位移台控制器(13)均连接于服务器(12)。
10、根据一些实施方式，所述液滴生成器控制器(11)通过对向设置于容弹本体(20)上的适配体(22)和航插(21)分别与两个所述液滴生成器(31)电连接；所述位移台控制器(13)也通过所述适配体(22)和所述航插(21)分别与两个所述四轴位移台电连接。
11、根据一些实施方式，所述储液罐气源(1)和高压容弹气源(2)均存储氮气，所述储液罐(8)存储试验所用液体。
12、根据一些实施方式，所述储液罐(8)上设有储液罐压力计(9)。
13、根据一些实施方式，所述高压容弹(14)上设有检测内部压力的高压容弹压力计(5)。
14、根据一些实施方式，所述上端盖(16)与所述容弹本体(20)之间设有石墨垫圈(18)。
15、相比于现有技术，本专利技术具备以下有益效果：
16、1.实现高背压环境：由于原有的液滴碰撞试验方法无法对高压环境下的液滴碰撞过程进行试验研究，因此本专利技术首要关注的便是高背压环境的形成。高背压环境的产生依赖本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于：所述高压容弹(14)包括内部中空的容弹本体(20)、上端盖(16)和下端盖(23)，三者密闭连接，所述容弹本体(20)内形成密闭空腔；所述上端盖(16)上设有三个连接孔，其中一个为气孔(17)，所述气孔(17)通过管路向外连接于高压容弹减压阀(4)，所述高压容弹减压阀(4)连接于高压容弹气源(2)，另外两个为液体孔(19)，所述液体孔(19)分别向外连接于储液罐第二减压阀(6)和储液罐第三减压阀(7)，所述储液罐第二减压阀(6)和储液罐第三减压阀(7)连接于储液罐(8)的出口，所述储液罐(8)的进口连接于储液罐气源(1)；所述容弹本体(20)密闭设置有两个对向的玻璃视窗(27)，所述图像采集系统通过所述玻璃视窗(27)对液滴碰撞过程进行拍摄。
3.根据权利要求2所述在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于：所述液滴生成系统，包括设于所述下端盖(23)上的系统台架(35)，两个相同构造的四轴位移台通过位移台固定
4.根据权利要求3所述在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于：所述图像采集系统，包括对向设置于一对对向的所述玻璃视窗(27)外的光源(10)和高速相机(15)，所述光源(10)、所述高速相机(15)、所述液滴生成器控制器(11)和所述位移台控制器(13)均连接于服务器(12)。
5.根据权利要求4所述在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于：所述液滴生成器控制器(11)通过对向设置于容弹本体(20)上的适配体(22)和航插(21)分别与两个所述液滴生成器(31)电连接；所述位移台控制器(13)也通过所述适配体(22)和所述航插(21)分别与两个所述四轴位移台电连接。
6.根据权利要求3所述在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于：所述储液罐气源(1)和高压容弹气源(2)均存储氮气，所述储液罐(8)存储试验所用液体。
7.根据权利要求6所述在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于：所述储液罐(8)上设有储液罐压力计(9)。
8.根据权利要求2所述在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于：所述高压容弹(14)上设有检测内部压力的高压容弹压力计(5)。
9.根据权利要求2所述在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于：所述上端盖(16)与所述容弹本体(20)之间设有石墨垫圈(18)。
...【技术特征摘要】
1.一种在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于：所述高压容弹(14)包括内部中空的容弹本体(20)、上端盖(16)和下端盖(23)，三者密闭连接，所述容弹本体(20)内形成密闭空腔；所述上端盖(16)上设有三个连接孔，其中一个为气孔(17)，所述气孔(17)通过管路向外连接于高压容弹减压阀(4)，所述高压容弹减压阀(4)连接于高压容弹气源(2)，另外两个为液体孔(19)，所述液体孔(19)分别向外连接于储液罐第二减压阀(6)和储液罐第三减压阀(7)，所述储液罐第二减压阀(6)和储液罐第三减压阀(7)连接于储液罐(8)的出口，所述储液罐(8)的进口连接于储液罐气源(1)；所述容弹本体(20)密闭设置有两个对向的玻璃视窗(27)，所述图像采集系统通过所述玻璃视窗(27)对液滴碰撞过程进行拍摄。
3.根据权利要求2所述在高压环境下生成双元碰撞液滴的试验系统，其特征在于：所述液滴生成系统，包括设于所述下端盖(23)上的系统台架(35)，两个相同构造的四轴位移台通过位移台固定板(34)对称安装于所述系统台架(35)上；每个所述四轴位移台上，通过液滴生成器固定板(32)和液滴生成器夹具(30)固定设置液滴生成器(31)；所述液滴生成器(31)的尾部均连接于所述液体孔(19)，通过所述液体孔(19)为所述液滴生成器(31)供液；所述四轴位移台与所述高压容弹(14)外的位移台控制器(13)电连接，所述位移台控制器(13)用于控制两个所述四轴位移台的调整，以调整两个所述液滴生成器(31...
【专利技术属性】
技术研发人员：章振宇，张宸玮，赵长禄，王宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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