[發(fā)明專利]低溫液滴撞擊剛性壁面實(shí)驗(yàn)裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910038829.3
• 申請(qǐng)日: 2019-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN109668714A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙可;秦靜;蔣彥龍;余陽(yáng)梓;張振豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00;G01N15/00;G09B25/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種低溫液滴撞擊剛性壁面實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，

該實(shí)驗(yàn)裝置包括撞擊腔（23）；撞擊腔（23）外層由內(nèi)向外依次設(shè)置預(yù)冷通道（14）、真空層（13）、保溫層（12）；所述預(yù)冷通道（14）內(nèi)壁設(shè)置有使撞擊腔（23）和預(yù)冷通道（14）相通的入口，預(yù)冷通道（14）外壁設(shè)置有出口，出口通過管道依次穿過真空層（13）、保溫層（12）與外部真空泵（19）連接；

上述撞擊腔（23）內(nèi)安裝有柱形液氮容器（20）、90°彎管（15）和剛性被撞擊面（18）；所述柱形液氮容器（20）和90°彎管（15）構(gòu)成低溫液滴發(fā)生器；90°彎管（15）的水平管部分嵌入柱形液氮容器（20）的側(cè)壁；90°彎管（15）的豎直管部分位于撞擊腔（22）水平方向中心，剛性被撞擊面（18）位于其正下方；撞擊腔（22）內(nèi)部還安裝有溫度傳感器（21）、壓力傳感器（3）、標(biāo)尺（17）、光源（22）、高速攝像機(jī)（16）和數(shù)據(jù)采集器（24）；數(shù)據(jù)采集器（24）與溫度傳感器（21）和壓力傳感器（3）以及高速攝像機(jī)（16）連接；

該實(shí)驗(yàn)裝置還包括高壓氮?dú)馄浚?）；高壓氮?dú)馄浚?）出口通過減壓閥（2）、壓力傳感器（3）后分別連接排空旁路（7）和液氮管路（8）兩個(gè)支路；兩個(gè)支路合并后與液氮池（10）入口連接；所述排空旁路（7）上設(shè)置截止閥（4），所述液氮管路（8）上依次設(shè)置截止閥（4）、液氮杜瓦罐（5）、低溫電磁閥（9）；所述液氮池（10）出口經(jīng)過流量計(jì)（11）后連接上述撞擊腔（22）內(nèi)部的柱形液氮容器（20）；所述流量計(jì)（11）與柱形液氮容器（20）之間的管道依次穿過保溫層（12）、真空層（13）、預(yù)冷通道（14）；上述液氮杜瓦罐（5）頂部接有泄壓閥（6）和壓力傳感器（3）。

2.由權(quán)利要求1所述的低溫液滴撞擊剛性壁面實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述柱形液氮容器（20）材料為聚四氟乙烯，規(guī)格為D=3 cm、H=3 cm，所述90°彎管（15）底部被焊料堵住，中間外壁開有小孔，材料為不銹鋼，管徑在0.5～3 mm內(nèi)大小可調(diào)。

3.由權(quán)利要求1所述的低溫液滴撞擊剛性壁面實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述剛性被撞擊面（18）高度可調(diào)，壁面面積1 cm²，材料為紫銅，標(biāo)尺（17）垂直固定在剛性被撞擊面（18）上。

4.由權(quán)利要求1所述的低溫液滴撞擊剛性壁面實(shí)驗(yàn)裝置方法，其特征在于，步驟如下：

在實(shí)驗(yàn)開始前，除泄壓閥（6）之外所有閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)；

步驟一，首先開啟光源（22）和高速攝像機(jī)（16），調(diào)整撞擊腔（23）內(nèi)90°彎管（15）下端距剛性被撞擊面（18）的距離，固定高度，依次打開減壓閥（2）和排空旁路（7）的截止閥（4），使氮?dú)庖来瓮ㄟ^排空旁路（7）、液氮池（10）、流量計(jì)（11）、柱形液氮容器（20）、90°彎管（15）進(jìn)入撞擊腔（23）內(nèi)部，從而排除撞擊腔（23）內(nèi)的空氣；

步驟二，啟動(dòng)真空泵（19），維持撞擊腔（23）內(nèi)壓力在1 MPa附近，持續(xù)排空過程至撞擊腔（23）內(nèi)空氣完全置換成氮?dú)猓?/p>

步驟三，關(guān)閉排空旁路（7）的截止閥（4），開啟液氮管路（8）的截止閥（4）和低溫電磁閥（9），使液氮杜瓦罐（5）內(nèi)的液氮在高壓氮?dú)獾淖饔孟屡湃胍旱苈罚?），液氮先經(jīng)過液氮池（10）預(yù)冷至78 K附近，通過流量計(jì)（11）測(cè)量液氮進(jìn)入低溫液滴發(fā)生器時(shí)的體積流率，記錄體積流率；

步驟四，為防止產(chǎn)生的液氮滴快速氣化，無法以液滴的形式撞擊剛性被撞擊面（18），必須先向撞擊腔（23）內(nèi)噴射液氮，降低撞擊腔（23）內(nèi)部環(huán)境溫度，調(diào)節(jié)減壓閥（2）、90°彎管（15）直徑大小控制液氮體積流率，一旦管壁冷卻，液體通過90°彎管（15）的開孔溢出到管的外表面，積聚在焊接端，并在重力作用下脫離形成液滴，記錄撞擊腔內(nèi)（23）壓力及溫度；

步驟五，利用高速攝像機(jī)（16）和標(biāo)尺（17）標(biāo)定液滴直徑，計(jì)算撞擊初速度，捕捉液滴撞擊剛性被撞擊面（18）后的運(yùn)動(dòng)行為以及蒸發(fā)過程。