[發(fā)明專利]凝膠推進(jìn)劑單液滴二次破碎實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610072618.8
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105717270B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔上峰;封鋒;鄧寒玉;陳斌彬;袁一超;龔靜芝;曹琪;劉成浩;鄒延兵;曹欽柳
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;G01N25/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于凝膠推進(jìn)劑二次霧化研究技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種凝膠推進(jìn)劑單液滴二次破碎實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

凝膠推進(jìn)劑具有便于運(yùn)輸貯存、安全、高效等優(yōu)勢，被認(rèn)為是傳統(tǒng)液體推進(jìn)劑的有效替代品。為了將凝膠推進(jìn)劑更好的應(yīng)用于航天及軍工領(lǐng)域，其霧化問題是目前迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。凝膠推進(jìn)劑的主要應(yīng)用領(lǐng)域是火箭及沖壓發(fā)動機(jī)。對于液體發(fā)動機(jī)，液體推進(jìn)劑霧化性能的好壞與發(fā)動機(jī)的燃燒效率密切相關(guān)，凝膠推進(jìn)劑發(fā)動機(jī)也是如此。霧化研究，不僅可以為發(fā)動機(jī)燃燒室的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，還可以預(yù)測燃燒性能。另外，噴霧的初始參數(shù)是燃燒室內(nèi)流場及發(fā)動機(jī)工作過程數(shù)值仿真所必需的參數(shù)。因此，凝膠推進(jìn)劑的霧化研究是凝膠發(fā)動機(jī)研制工作中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)之一。二次霧化作為凝膠燃料霧化的最后階段，對最終的霧化性能將產(chǎn)生非常大的影響，因此，對凝膠推進(jìn)劑二次霧化過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究具有很大的理論與工程意義。

進(jìn)行研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)備依據(jù)原理一般有兩類：激波管法和射流法。激波管法氣流持續(xù)時(shí)間短，不適用于凝膠燃料的二次霧化研究。射流法因?qū)嶒?yàn)器材簡單方便，氣流持續(xù)時(shí)間長，便于測量參數(shù)而被廣泛采用。但是此方法的射流邊界層會對液滴產(chǎn)生干擾。

另外，凝膠推進(jìn)劑為非牛頓流體，常態(tài)下并不具有流動性。而液滴生成的前提是流體的流動性要好。一般采取對凝膠推進(jìn)劑施加剪切力的方式使其變稀，從而使其克服屈服應(yīng)力而流動起來。但該方法需要的設(shè)備較復(fù)雜，不便于操作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠便于產(chǎn)生液滴，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可以快捷的與光學(xué)測量系統(tǒng)進(jìn)行配合，完成液滴二次破碎的產(chǎn)生、發(fā)展與過程記錄的凝膠推進(jìn)劑單液滴二次破碎實(shí)驗(yàn)裝置。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種凝膠推進(jìn)劑單液滴二次破碎實(shí)驗(yàn)裝置，包括支架系統(tǒng)、液滴發(fā)生器和噴管機(jī)構(gòu)，其中，支架系統(tǒng)包括底板、下支架、立支架和液滴發(fā)生器支架，下支架與底板在水平方向上滑動配合，立支架與下支架在水平方向上滑動配合，且其滑動方向與下支架和底板之間的滑動方向垂直，液滴發(fā)生器支架與立支架在豎直方向上滑動配合，且其滑動方向與下支架和底板之間的滑動方向以及立支架和下支架之間的滑動方向均垂直；液滴發(fā)生器與液滴發(fā)生器支架固連，液滴發(fā)生器的軸線方向平行于液滴發(fā)生器支架與立支架之間的滑動方向；噴管機(jī)構(gòu)固定設(shè)置在底板1上，噴管機(jī)構(gòu)的軸線與底板1平行，噴管機(jī)構(gòu)包括擴(kuò)張收斂噴管和擾流器，入口至出口橫截面為先保持不變，而后擴(kuò)張，最后收縮的過渡方式，擴(kuò)張收斂噴管的出口端固定設(shè)置有擾流器，擾流器包括擾流器外罩和擾流柱，擾流器外罩開口截面與擴(kuò)張收斂噴管的出口截面配合，擾流柱固定在擾流器外罩內(nèi)，并從豎直方向上對稱分隔擾流器外罩的開口；液滴發(fā)生器包括上蓋、下蓋、內(nèi)筒、擠壓活塞、針頭和內(nèi)筒封蓋，上蓋和下蓋圍成空腔，上蓋和下蓋的側(cè)壁開有與空腔連通的孔，內(nèi)筒置于空腔內(nèi)，內(nèi)筒端部的開孔與下蓋端部的開孔位置對應(yīng)且密封配合，兩開孔的對應(yīng)位置連接有針頭，內(nèi)筒封蓋固定設(shè)置在上蓋端部開口處，并對內(nèi)筒的端部限位，內(nèi)筒與上蓋端部的開口密封配合，內(nèi)筒封蓋端部的開口與內(nèi)筒端部的開口連通，擠壓活塞設(shè)置在內(nèi)筒的腔體內(nèi)，并與內(nèi)筒滑動密封配合，擠壓活塞的端面與針頭之間的腔體內(nèi)有凝膠推進(jìn)劑。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明利用支架系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)液滴發(fā)生器的上下可調(diào)，從而使得在重力作用下下落的液滴具有不同的速度。一方面，不同的下落速度可以作為研究凝膠二次霧化過程的一個(gè)參數(shù)；另一方面，加大液滴進(jìn)入流場的速度可有效的減小流場邊界層的干擾。另外，利用支架系統(tǒng)，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)液滴下落位置的三維空間可調(diào)性，可以用來研究液滴與流場不同的空間相對位置對液滴破碎過程的影響。

(2)本發(fā)明采用對凝膠推進(jìn)劑進(jìn)行水浴加熱的方式使其具有較好的流動性，避免了使用剪切變稀裝置的繁瑣，從而使得結(jié)構(gòu)簡單可靠。另外，不同的水浴溫度會對凝膠推進(jìn)劑的物性產(chǎn)生影響，因此，本發(fā)明可以用來研究凝膠液滴的溫度對破碎過程的影響。

(3)本發(fā)明噴管出口處的擾流柱可拆卸。加入擾流柱，得到的氣流流場為紊流流場；去除擾流柱，氣流流場近似為層流流場。于是，本發(fā)明可以用于兩種工況：氣流為層流和氣流為紊流。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明凝膠推進(jìn)劑單液滴二次破碎實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明凝膠推進(jìn)劑單液滴二次破碎實(shí)驗(yàn)裝置的滑軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明凝膠推進(jìn)劑單液滴二次破碎實(shí)驗(yàn)裝置液滴生成器的結(jié)構(gòu)示意圖。