[發明專利]一種噴嘴空化流動納秒級閃光成像試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201410101460.3
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103884488A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 鐘汶君;何志霞;王謙;邵壯
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及宇航、國防、航海、化工、水利機械、柴油機燃油噴霧等領域，可用于多相流當中的空化流試驗研究，特指一種噴嘴內部空化兩相流特性研究的試驗裝置及方法。

背景技術

空化是在一定的環境溫度條件下，流體介質中的局部的絕對壓力降低到當地溫度下的飽和蒸汽壓時，溶在流體中的氣體會釋放出來，同時流體汽化而產生大量的空化泡，空泡在隨流體的進一步流動中，遇到周圍的壓力增大時，體積將急劇縮小直至潰滅，從而造成材料表面的破壞。長期以來，空化嚴重影響泄洪建筑物，水力機械，船舶螺旋槳的性能和使用壽命，成為宇航、國防、航海、化工、原子能等領域的難題之一。此外，柴油機自研發至今，已經深深地融入到了我們的生活當中。無論是工程機械領域還是在車輛、船舶、國防等其他領域都有大量的應用，對國民經濟發展具有重要的支撐作用。現代柴油機的發展與噴油壓力的提高直接相關，隨著柴油機噴射壓力的提高，使得噴油器噴嘴內不可避免的出現空化現象，而此種現象成為把噴油嘴內部流動和噴霧行為聯系起來的一種關鍵因素。而關于柴油機噴嘴內空化流動對柴油機噴霧霧化的影響機理還非常不了解，因此非常有必要對噴嘴內空化流動進行詳細而深入的研究。

然而，研究噴嘴內空化流動有一難點：空泡的發生、發展和潰滅過程有其自身的周期，是一個非穩態過程，其自身的發展周期在10-7秒左右，為了研究其自身的發展過程，需要兩幅照片的拍攝間隔為納秒級，而現有的高速數碼相機的拍攝頻率基本無法滿足上述要求。目前，在國內還沒有針對該項試驗的試驗裝置，整個試驗裝置的結構如圖1所示。

發明內容

為了克服上述現有技術的難點，以來更好的研究噴嘴內空化流動，本發明提供了一種納秒級閃光成像的試驗裝置及方法來研究噴嘴內空化流動的詳細過程，獲得空泡出生、發展和潰滅的詳細信息。

本發明的技術方案是：

一種噴嘴空化流動納秒級閃光成像試驗裝置，包括測試系統和管路系統，其中：

所述測試系統包括共軌控制系統、計算機、第一CCD相機、第二CCD相機、同步器、納秒級白光源閃光系統，所述同步器分別與共軌控制系統、計算機、第一CCD相機、第二CCD相機、納秒級白光源閃光系統相連，用于控制高速納秒級白光源閃光系統發射白光的時間與第一CCD相機和第二CCD相機的拍攝時間，所述共軌控制系統還分別與液體儲存罐中的溫度傳感器、共軌管相連接，測試系統用于測試透明噴嘴內部空泡發生、發展和潰滅過程；

所述管路系統包括通過管路依次相連的液體儲存罐、濾清器、高壓泵、共軌管、壓力表、透明噴嘴，所述液體儲存罐上設置有加熱瓦和冷卻風扇，所述高壓泵上連接有電機，所述共軌管的出流管路分別連接至共軌控制系統和透明噴嘴，共軌管和透明噴嘴的連接管道上設置有壓力表；當共軌管里的流體壓力高于試驗所設定壓力值時，共軌管中的流體通過第一回流管路流回至液體儲存罐，以使共軌管里的流體壓力與試驗所設定壓力一致；透明噴嘴中的流體通過第二回流管路回流至液體儲存罐；管路系統用于為整個試驗系統提供連續、穩定的高壓流體，實現整個裝置的自動循環，同時還可實現燃油溫度的自動調節。

一種噴嘴空化流動納秒級閃光成像試驗方法，包括如下步驟：

A、液體儲存罐中的流體經過加熱瓦加熱或經冷卻風扇冷卻而達到試驗所設定的值；

B、隨后，液體儲存罐中的流體經濾清器到達高壓泵的入口，經過高壓泵加壓后，流體被送入共軌管；

C、當共軌管里的流體壓力高于試驗所設定壓力值時，打開第一回流管路進行泄壓，當共軌管里的流體壓力與試驗所設定壓力一致時，通過同步器控制共軌控制系統發出指令，使流體經過壓力表到達透明噴嘴；

D、當流體流過透明噴嘴時，同步器控制納秒級白光源閃光系統發射白光的時間與相機拍攝的時間，使得納秒級白光源閃光系統發射第一次白光時，第一CCD相機成像，納秒級白光源閃光系統發射第二次白光時，第二CCD相機成像，納秒級白光源閃光系統發射第三次白光時，第一CCD相機成像，如此的循環，獲得相隔為納秒時刻的圖片，將拍攝的圖片存儲到計算機，用于后期分析，流過透明噴嘴的流體隨后通過第二回流管路流回液體儲存罐。