[發明專利]一種旋轉沖擊射流復雜流態及換熱效果的評價裝置及方法

在審

• 申請號: 201510944752.8
• 申請日: 2015-12-16
• 公開（公告）號: CN105588700A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 徐亮;高建民;蘭進;李云龍;趙振;席雷
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00;G01N25/20
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

1.一種旋轉沖擊射流復雜流態及換熱效果的評價裝置，其特征 在于，包括實驗臺架(8)，實驗臺架(8)的四根立柱上均設置有標 尺(14)，實驗臺架(8)頂部橫梁處設置有三自由度機械臂(17)， 實驗臺架(8)上部中間設置有集氣室(1)，集氣室(1)進口處設置 有預留煙線與示蹤粒子接口(3)，集氣室(1)底部通過法蘭連接穩 定直管段(4)，穩定直管段(4)通過噴嘴卡具(5)卡裝有旋轉射流 噴嘴(6)；射流噴嘴(6)下部設置有保溫箱(12)。

2.根據權利要求1所述的一種旋轉沖擊射流復雜流態及換熱效 果的評價裝置，其特征在于，所述的實驗臺架(8)四周設置有保護 檔板(18)。

3.根據權利要求1所述的一種旋轉沖擊射流復雜流態及換熱效 果的評價裝置，其特征在于，所述的集氣室(1)內部設置有穩流網 篩(2)，穩流網篩(2)由縱橫交叉的金屬薄片構成。

4.根據權利要求1所述的一種旋轉沖擊射流復雜流態及換熱效 果的評價裝置，其特征在于，所述的旋轉射流噴嘴(6)，其出口設置 有同一水平高度的可升降透明檔板(7)，可升降透明檔板(7)兩端 安裝于實驗臺架(8)立柱的可升降槽(13)上。

5.根據權利要求1所述的一種旋轉沖擊射流復雜流態及換熱效 果的評價裝置，其特征在于，所述的穩定直管段(4)通過端面法蘭 (4-1)與噴嘴卡具(5)軸向鎖緊連接，噴嘴卡具(5)與旋轉射流 噴嘴(6)周向鎖緊連接，旋轉射流噴嘴(6)與端面法蘭(4-1)接 觸面上設置有耐高溫密封圈(4-2)。

6.根據權利要求1所述的一種旋轉沖擊射流復雜流態及換熱效 果的評價裝置，其特征在于，所述的保溫箱(12)包括層疊依次設置 的靶面(9)、高溫隔熱板(10)和保溫材料(11)，保溫箱(12)安 裝于實驗臺架(8)立柱的可升降槽(13)上。

7.根據權利要求1所述的一種旋轉沖擊射流復雜流態及換熱效 果的評價裝置，其特征在于，所述的靶面(9)為不銹鋼金屬薄片， 表面設置有米字型排列或陣列式排列的引壓孔(15-1)，引壓孔(15-1) 與熱電偶(16)間隔布置；靶面(9)兩側設置有短路加熱片接口(9-1)。

8.根據權利要求1或7所述的一種旋轉沖擊射流復雜流態及換 熱效果的評價裝置，其特征在于，所述的靶面(9)形狀包括平面、 凹凸面和圓弧面。

9.根據權利要求1所述的一種旋轉沖擊射流復雜流態及換熱效 果的評價裝置，其特征在于，所述的可升降透明檔板(7)和保溫箱 (12)與實驗臺架(8)的立柱接觸位置均設置有刻度指針(14-1)。

10.基于權利要求1-9任意一項權利要求所述裝置的旋轉沖擊射 流復雜流態及換熱效果的評價方法，其特征在于，步驟為：

步驟一、在旋轉射流噴嘴(6)噴射口，設置熱線風速儀(22) 的測速探針；在射流空間平行的一側設置三維粒子成像測速儀(19)， 在三自由度機械臂(17)上分別安裝有紅外熱像儀(21)、雙脈沖YAG 激光發生器(20)，在靶面(9)上貼有熱流密度儀(23)的檢測貼片； 短路加熱片接口(9-1)連接短路加熱器(24)；集氣室(1)與靶面 (9)均設置有測壓管(15)與熱電偶(16)；所得數據均連接到數據 采集系統(25)；

步驟二、冷卻介質進入集氣室(1)，通過穩流網篩(2)穩流后 進入穩定直管段(4)經旋轉射流噴嘴(6)激發后產生旋轉射流沖向 靶面(9)，通過可升降透明檔板(7)來約束射流空間，通過調整保 溫箱(12)的高度改變射流空間的距離，噴嘴卡具(5)可更換不同 結構的旋轉射流噴嘴6；

步驟三、熱線風速儀(22)的測速探針測量旋轉射流噴嘴(6) 出口氣流的脈動速度、頻率和紊流度；通過預留煙線與示蹤粒子接口 (3)加入示蹤粒子配合三維粒子成像測速儀(19)和雙脈沖YAG激 光發生器(20)，能夠捕獲到一對2048x2048分辨率的流場圖像，由 流場圖像可以定量給定射流空間內射流的三維速度場，進而確定射流 復雜漩渦結構的渦量場，從而揭示復雜旋轉射流的復雜流型及其演化 規律；通過靶面(9)上的測壓管(15)測量靶面的靜壓分布；采用 熱電偶(16)測定靶面溫度，同時采用紅外熱像儀(21)測量靶面的 溫度場，這樣熱電偶測量的溫度可以進一步修正紅外熱像儀(21)測 量獲得的溫度場；通過調節短路加熱器(24)電流電壓大小來控制靶 面(9)熱流密度；

步驟四、使用熱流密度儀(23)測定靶面(9)實際的熱流密度q， 靶面(9)的換熱系數為：h＝q/(T_w-T₀)，式中T_w為靶面溫度,T₀集氣 室冷卻介質溫度，靶面的理論熱流密度q₀(W/m²),q₀＝IU/A由靶 面短路加熱器電流I乘靶面兩端的電壓U得出，精確得出不同工況條 件下的裝置系統熱損率。