【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流体可视化实验装置，具体涉及一种可视化实验装置及其检测方法和电容层析成像系统。
技术介绍
1、深空探测过程，新一代大推力运载火箭，使用液氧液氢作为推进剂。液氢液氧一个大气压下的饱和温度分别为20.3k和90k，大大低于环境温度293k。为了增加有效载荷，火箭上液氢液氧上通常用泡沫绝热，因此漏热较大，液体将蒸发产生气泡，气泡进入高速旋转涡轮泵将导致扬程减小、噪声及共振，甚至严重汽蚀破坏。另外，在发动机燃烧飞行阶段，液体重心通常会动态变化，且难预测。因此，如果能够在火箭飞行过程中实时探测两相空间分布并获得重心变化，这对有效管理推进剂并优化设计低温储存系统非常有价值。
2、近年来，随着载人航天发展及延长航天器寿命需求，贮箱内液体推进剂高精度在轨测量技术已经成为关键技术之一。
3、目前已经发展出很多探测液氢液氧分布和空泡率的传感器，首先在地面上监测传感器综合性能是必要的。
4、为了充分验证传感器探测不同流动状态的性能，实验管要求能达到100%低温液体、100%蒸汽及任意体积含量的两相流三种状态，并且三种流动状态可以实现自由切换。但相比于室温流体如水，液氢液氧与环境温度温差巨大，漏热不可避免，从而使得保持试验段内100%液体非常困难。一种可行的解决方案是真空绝热，即将测试段放在真空容器中，但这样给真空密封带来了巨大的技术挑战，极大增加实验装置的空间要求。同时还需要考虑测试段的方便更换，实验人员能肉眼可视化观察流动状态，以方便操作等问题。
5、现有技术，如中国专利技术专利cn10
6、中国专利技术专利cn116297722 (a)公开了一种用于液体流动测量的电容层析成像仪标定装置及方法，该装置包括电容层析成像仪、管道密封系统以及用于向电容层析成像仪输入待测流体的充装系统。该专利技术只能用于室温流体的电容层析成像仪标定和检测，不能用于低温流体，而且装置结构也完全不同。
7、现有的技术中，论文《experimental imaging and algorithm optimizationbased on deep neural network for electrical capacitance tomography for ln2-vn2 flow》（ze-nan tian , xin-xin gao , li-min qiu , xiao-bin zhang，cryogenics127 (2022) 103568）中，以液氮为介质，介绍了一种电容层析成像技术的实验方法，通过将包含传感器的玻璃圆管浸泡到液氮池的方法，获得管内100%液体状态，另外通过提升圆管到液位以上，分别实现管内两相状态和纯气相状态，但是该技术中整个实验装置采用的是装液氮的敞口容器，无法进行真空绝热，存在安全性能低，结构复杂、技术难度大以及功能单一等多种问题。
8、论文《high-speed density measurement for lng and other cryogenicfluids using electrical capacitance tomography》（hunt a, rusli i, schakel m,kenbar a，cryogenics 113(2021):103207）中，以液氮为介质，介绍了一种电容层析成像技术的实验方法，同样通过将包含传感器的玻璃圆管浸泡到液氮池的方法，获得管内100%液体状态，另外通过提升测量圆管到液位以上，分别实现管内两相状态和纯气相状态。但是该技术方案采用的是一透明垂直放置的圆柱形容器，无法进行真空绝热，存在安全性能低，结构复杂、技术难度大以及功能单一等多种问题。
9、论文《investigation of the void fraction equality correlations fortwo-phase hydrogen flow based on the capacitive void fraction measurement》（yuki sakamoto, hiroaki kobayashi, yoshihiro naruo, yuichiro takesaki, yonakajima, atsuhiro furuichi, hiroki tsujimura, koki kabayama, tetsuya sato，cryogenics 113(2021): 103207）中，介绍了一种以液氢为工质，基于电容技术的空泡率测量传感器的实验装置，装置采用了真空绝热，但是存在占地面积大，结构复杂等问题。
10、论文《void fraction measurement in cryogenic flows. part ii: voidfraction capacitive sensor performances in chilldown experiments》（yukisakamotoa, laura peveroni, hiroaki kobayashi, tetsuya sato, johan steelant,jean-marie buchlin，cryogenics 96 (2018) 25–33）中，以液氮为工质，介绍以一种电容层析成像技术的实验方法，通过液氮垂直通过测试段的方法实现了100%液体的状态，并通过下部的阀门开闭来实现100%气体和两相流的状态，试验段真空绝热。但是该技术该方法中实现三种流动状态的切换操作复杂。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决在地面进行传感器探测不同流动状态性能实验过程中，通过室温流体、低温流体装置进行传感器检测，存在不能够实现可视化、真空绝热、密封性能、漏热损失以及测试段更换的协调统一，无法满足不同传感器快速更换测试等问题，无法实现实验管达到100%低温液体、100%蒸汽及任意体积含量的两相流、单相流三种状态之间的自由切换测试，存在安全性能低，结构复杂、技术难度大以及功能单一等问题，而提供一种相比于用于室温流体如水的检测装置，具有真空绝热，密封性好、漏热损失最小化等特点，同时能够保证测量管内低温流体100%液体状态、100%蒸汽及任意体积含量的两相流、单相流三种状态之间的自由切换，同时具有结构紧凑、占地面积小、操作方便等优点的可视化实验装置。还公开了一种利用可视化实验装置进行传感器性能检测的方法，以及一种电容层析成像系统。
2、本专利技术实现其第一个专利技术目的所采用的技术方案是：一种可视化实验装置，包括支撑台架，在所述的支撑台架上呈倾斜升降调节设置有真空可视主体，所述的真空可视主体包括真空可视腔体和设置在真空可视腔体内部的更换式可视实验管，所述的真空可视本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可视化实验装置，包括支撑台架（1），其特征在于：在所述的支撑台架（1）上呈倾斜升降调节设置有真空可视主体（2），所述的真空可视主体（2）包括真空可视腔体（21）和设置在真空可视腔体（21）内部的更换式可视实验管（8），所述的真空可视主体（2）的倾斜升降端为低温流体进入更换式可视实验管（8）的出口端。
2.根据权利要求1所述的可视化实验装置，其特征在于：所述的真空可视主体（2）还包括两拆卸式连接密封真空可视腔体（21）的进口罩（22）和出口罩（23），所述的进口罩（22）和出口罩（23）中至少一个与支撑台架（1）滑动连接。
3.根据权利要求2所述的可视化实验装置，其特征在于：所述的进口罩（22）上沿与更换式可视实验管（8）同轴的轴向设置有一真空连接管（3），所述的进口罩（22）的侧壁上设置有真空数据线引出接头（9）。
4.根据权利要求2所述的可视化实验装置，其特征在于：所述的出口罩（23）上沿与更换式可视实验管（8）同轴的轴向设置有一排液管（4），在所述的排液管（4）上连接有一低温阀（6）；所述的出口罩（23）上还设置有用于连接外部真空泵
5.根据权利要求2所述的可视化实验装置，其特征在于：所述的支撑台架（1）上设置有滑动导轨（16），所述的进口罩（22）和/或出口罩（23）通过支架滑动设置在滑动导轨（16）。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的可视化实验装置，其特征在于：所述的真空可视主体（2）的倾斜升降调节通过一组升降器（7）实现，所述的升降器（7）设置在支撑台架（1）的下方并带动支撑台架（1）的一端上下升降；或者所述的升降器（7）设置在真空可视主体（2）出口端的下方并带动真空可视主体（2）上下升降。
7.一种利用权利要求1至6任意一项所述的可视化实验装置进行传感器检测的方法，其特征在于包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的利用可视化实验装置进行传感器检测的方法，其特征在于：
9.一种电容层析成像系统，其特征在于：包括权利要求1至6任意一项所述的可视化实验装置和设置在更换式可视实验管（8）上的电容层析成像系统传感器（80）。
10.根据权利要求9所述的电容层析成像系统，其特征在于：所述的电容层析成像系统传感器（80）包括设置在更换式可视实验管实验段上的多片柔性电极板（81）和焊接在每片柔性电极板（81）上的同轴电缆（82），所述的电缆穿过真空可视腔体（21）后通过真空数据线引出接头（9）连接到外部电脑，并将柔性电极板两两之间的电容值输出。
...【技术特征摘要】
1.一种可视化实验装置，包括支撑台架（1），其特征在于：在所述的支撑台架（1）上呈倾斜升降调节设置有真空可视主体（2），所述的真空可视主体（2）包括真空可视腔体（21）和设置在真空可视腔体（21）内部的更换式可视实验管（8），所述的真空可视主体（2）的倾斜升降端为低温流体进入更换式可视实验管（8）的出口端。
2.根据权利要求1所述的可视化实验装置，其特征在于：所述的真空可视主体（2）还包括两拆卸式连接密封真空可视腔体（21）的进口罩（22）和出口罩（23），所述的进口罩（22）和出口罩（23）中至少一个与支撑台架（1）滑动连接。
3.根据权利要求2所述的可视化实验装置，其特征在于：所述的进口罩（22）上沿与更换式可视实验管（8）同轴的轴向设置有一真空连接管（3），所述的进口罩（22）的侧壁上设置有真空数据线引出接头（9）。
4.根据权利要求2所述的可视化实验装置，其特征在于：所述的出口罩（23）上沿与更换式可视实验管（8）同轴的轴向设置有一排液管（4），在所述的排液管（4）上连接有一低温阀（6）；所述的出口罩（23）上还设置有用于连接外部真空泵的抽真空接头（5）。
5.根据权利要求2所述的可视化实验装置，其特征在于：所述的支撑台架（1）上设置有...
【专利技术属性】
技术研发人员：李想，王军，唐文前，吴昀，王海清，吕海舟，周凯，唐健，郁洋，王西明，周剑武，余潋滟，张小斌，
申请(专利权)人：浙江省白马湖实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：
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