[發(fā)明專利]一種負壓式拉瓦爾噴管流動特性實驗系統(tǒng)及其實驗方法

在審

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• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113176065A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設計）人: 吳憲舉
• 申請（專利權）人: 臺州學院
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00;G01M9/06;G01D21/02
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙) 33230
• 代理人: 宋飛燕

本發(fā)明公開了一種負壓式拉瓦爾噴管流動特性實驗系統(tǒng)及其實驗方法，包括實驗裝置和測試組件，實驗裝置包括穩(wěn)壓罐，穩(wěn)壓罐頂部通過連接管與噴管連通，穩(wěn)壓罐通過管道與真空泵連通，穩(wěn)壓罐配合設有調(diào)壓閥；測試組件包括通過三通接頭配合設置在噴管入口的接頭壓力傳感器和流量計、與穩(wěn)壓罐配合設置的穩(wěn)壓罐壓力傳感器、設置在噴管側壁的若干管壁壓力傳感器、配合設置在連接管和穩(wěn)壓罐間的測力傳感器、設置在連接管側部的溫度傳感器和噴管出口壓力傳感器的一種或多種。本發(fā)明可實現(xiàn)噴管內(nèi)部流場相關物理參數(shù)的測試，直觀體現(xiàn)噴管內(nèi)部的流場特性，從而實現(xiàn)噴管性能對比及型面結構優(yōu)化，且可作為實驗教學裝置用于演示空氣流動特性實驗，以增強教學效果。

技術領域

本發(fā)明屬于噴管實驗技術領域，具體來說涉及一種負壓式拉瓦爾噴管流動特性實驗系統(tǒng)及其實驗方法。

背景技術

拉瓦爾噴管按照噴管進出口加壓方式的不同，可分為正壓式和負壓式結構方案。正壓式就是在噴管入口端加壓，噴管出口端置于大氣環(huán)境中，依靠入口的正壓壓力驅動氣流運動；負壓式則采用在噴管出口端抽真空形成負壓，噴管入口置于大氣環(huán)境中，將空氣吸入噴管形成超聲速氣流。目前涉及到噴管實驗裝置大多采用正壓式結構方案，實驗費用較高。而市面上存在的負壓式結構方案普遍只能測試軸線上的壓力參數(shù)，其它物理量無法測量。

一方面，雖然參考資料中說明有拉瓦爾噴管的原理及其內(nèi)部流場的特性，但由于涉及到噴管內(nèi)流場的相關實驗裝置大部分只能測試噴管軸線上某一點的壓力，不能完成對側壁壓力進行多點測試。使得學生無法對噴管的內(nèi)部流場特性有一個直觀的了解，影響教學效果。另一方面，正壓式噴管實驗裝置成本較高，其擴張比較小、總壓不穩(wěn)定、壓力波動較大，噴管內(nèi)部流場參數(shù)不穩(wěn)定，從而無法根據(jù)參數(shù)對噴管型面結構優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于設計一種低成本負壓式拉瓦爾噴管流動特性實驗系統(tǒng)，易于規(guī)模化推廣，在此基礎上完成對噴管內(nèi)部流場參數(shù)的測量，進一步完成噴管型面結構優(yōu)化的目的。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種負壓式拉瓦爾噴管流動特性實驗系統(tǒng)的實驗及教學方法，以解決背景技術中關于噴管實驗裝置測試參數(shù)及數(shù)據(jù)不完善的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供技術方案如下：

一種負壓式拉瓦爾噴管流動特性實驗系統(tǒng)，實驗裝置和測試組件，所述實驗裝置包括穩(wěn)壓罐，穩(wěn)壓罐頂部通過連接管與所述噴管連通，穩(wěn)壓罐通過管道與真空泵連通，穩(wěn)壓罐配合設有調(diào)壓閥；

所述測試組件包括通過三通接頭配合設置在噴管入口的接頭壓力傳感器和流量計、與穩(wěn)壓罐配合設置的穩(wěn)壓罐壓力傳感器、設置在噴管側壁的若干管壁壓力傳感器、配合設置在連接管和穩(wěn)壓罐間的測力傳感器、設置在連接管側部的溫度傳感器和噴管出口壓力傳感器的一種或多種，所述接頭壓力傳感器、流量計、穩(wěn)壓罐壓力傳感器、管壁壓力傳感器、測力傳感器、溫度傳感器、噴管出口壓力傳感器均與一動態(tài)信息采集分析儀配合設置。

優(yōu)選地，噴管側壁從上往下依次開設若干螺紋通孔，任一螺紋通孔一端與一不銹鋼管連接，不銹鋼管和管壁壓力傳感器間通過卡套接頭連接。

優(yōu)選地，所述連接管和測力傳感器間通過螺紋連接，測力傳感器內(nèi)部設置介質流道，連接管內(nèi)徑與介質流道直徑一致。

優(yōu)選地，所述測力傳感器和連接管之間設有密封圈。

優(yōu)選地，所述噴管與連接管螺紋連接，連接管的內(nèi)徑不小于噴管的最大內(nèi)徑。

優(yōu)選地，所述噴管為錐形型面噴管、雙圓弧型面噴管、三次多項式型面噴管。

應用一種應用負壓式拉瓦爾噴管流動性實驗系統(tǒng)的實驗方法，所述實驗包括噴管管壁壓力測試實驗，噴管管壁壓力測試試驗包括以下步驟：

步驟1：組裝試驗系統(tǒng)，噴管通過連接管與穩(wěn)壓罐連通，管壁壓力傳感器從上往下依次設置在噴管側部，噴管出口壓力傳感器設置在連接管一側；