用于粘性介质中颗粒与壁面碰撞实验的实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于粘性介质中颗粒与壁面碰撞实验的实验装置，包括有：液箱；带出气口的高压气罐；竖直设置的激波管，其中高压段与高压气罐连通，低压段喷口处安装有封口单元；安装于低压段处的压力传感器；安装于液箱底部的角度可调试件架；高速摄像机；红外线测速仪；控制单元，用于接收判断来自压力传感器的压力信号，并控制红外线测速仪和高速摄像机的工作状态。整个过程由简入繁，将固液两相流设备中出现的颗粒与曲面的碰撞转化为颗粒对平面的碰撞，可实现先对尺寸较大的球形颗粒的碰撞过程进行实验研究，再逐渐过渡到小颗粒的情形上去，而且能完整检测记录颗粒的高速碰撞状态，为理论研究提供了极其宝贵和准确的基础数据和样本案例。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种实验装置，尤其是一种用于粘性介质中颗粒与壁面碰撞实验的实验装置。
技术介绍
固液两相流输送广泛应用于电力、石油化工、制药、冶金、水力输送等领域，对国民经济的发展起着非常重要的作用。本专利技术以固液两相流输运设备为研究对象，固液两相流输运设备的磨损主要决定于以下几个因素：颗粒碰撞壁面速度、碰撞角度、颗粒浓度、以及运载颗粒流体的性质、碰撞颗粒的性质等。因此对颗粒碰撞和磨损机理的研究对提高固液两相流输运设备的使用寿命和性能有着十分重要的意义。由于现有两相流测试技术的限制，直接测量固液两相流输运设备内颗粒碰撞参数非常困难。目前，国内外对固体颗粒在粘性介质中的碰撞实验装置还不够完善，还没有十分理想的颗粒碰撞实验装置。现如今普遍使用的实验装置还停留在对干表面以及湿表面的颗粒碰撞研究，并且颗粒的碰撞速度也只停留在低速阶段，例如下落式实验装置与弹射式实验装置，只适用于做低速碰撞实验。且受速度限制无法做液体介质中的高速碰撞实验。目前国内外对在粘性介质中颗粒的碰撞反弹机理以及引起的材料磨损机理一直没有很好的解释。因此研究和开发适用于模拟实际工况，更准确的研究和测量固液两相流中颗粒的碰撞反弹及磨损机理的新型颗粒碰撞实验装置和方法很有必要。中国专利的授权公告号CN101975654B，公开了一种“电破膜式激波管的破膜装置”。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种结构简单，可靠性高，为粘性介质中高速碰撞提供合理实验环境的实验装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于粘性介质中颗粒与壁面碰撞实验的实验装置，包括有：液箱，该液箱上两相对设置的箱壁处设有透视窗；带出气口的高压气罐；竖直设置的激波管，该激波管包括有高压段、低压段、及夹设于高压段和低压段之间的膜单元，其中高压段与高压气罐出气口通过管路连通，低压段处设有朝向液箱内部设置的喷口，该喷口处安装有封口单元；安装于低压段处的压力传感器，该压力传感器用于监控低压段内压力状态、且产生相应的压力信号；安装于液箱底部、且与低压段喷口位置相对应的角度可调试件架；用于朝向角度可调试件架所在位置拍摄的高速摄像机，并产生相应的视频信号；用于角度可调试件架处所述颗粒速度检测的红外线测速仪，并产生相应的速度信号；控制单元，用于接收判断来自压力传感器的压力信号，并根据判断结果控制红外线测速仪和高速摄像机的工作状态。本专利技术的有益效果是：膜单元的承受极限预先已知，实验用的实验颗粒预装于激波管的低压段内。液箱内承装有检测环境中的实验介质，通过高压气罐往激波管的高压段内加压，当压力增加到膜单元承受极限时，膜单元破裂，而高压气流进入低压段，此时低压段内压力徒增，紧接着封口单元被冲破，气流带着实验颗粒冲出激波管并进入实验介质。冲入实验介质的颗粒在自身动能作用下继续向下运动，直至撞击在角度可调试件架上，而撞击前的速度及影像分别通过红外线测速仪和高速摄像机记录下来，并传输至控制单元进行计算和判断。此处的控制单元为具有数据记录和储备功能的计算机。整个过程由简入繁，将固液两相流设备中出现的颗粒与曲面的碰撞转化为颗粒对平面的碰撞，可实现先对尺寸较大的球形颗粒的碰撞过程进行实验研究，再逐渐过渡到小颗粒的情形上去，而且能完整检测记录颗粒的高速碰撞状态，为理论研究提供了极其宝贵和准确的基础数据和样本案例。由于碰撞的发生可能是多角度的，为了提供更加丰富的实验环境，因此角度可调试件架包括有：安装于液箱底部的支撑座；安装于支撑座上的碰撞台，该碰撞台底部铰接有滑架，该滑架与支撑座间滑动配合，碰撞台上远离滑架的部位铰接有套管，该套管内插设有竖直设置的螺杆；所述支撑座上开设有与螺杆相配合的螺孔。通过转动螺杆，使得碰撞台一端上升，而碰撞台底部则在支撑座处滑动，从而使得碰撞台发生倾斜，改变颗粒碰撞时的平面角度，便于研究颗粒碰撞不同平面(即曲面)时的结果。不同温度下，介质的粘稠度将会发生变化，也即颗粒在介质中所受阻力也将不一样。因此，为了研究不同温度下颗粒在介质中的碰撞情况，在液箱内还安装有液体加热单元，该液体加热单元受控于控制单元，加热单元和控制单元间通过线路连接。为了方便检测，也可以在液箱内安装测温单元，该测温单元测量液箱内稳定后产生温度数据，该温度数据传递给控制单元，供控制单元采集和判断使用。为了保证高速摄像机能采集到清晰的影像信息，所以实验装置还包括有用于在角度可调试件架处提供光源的照明单元。低压段的喷口处连接有喷管，该喷管为直管、且延伸至角度可调试件架处；喷管和低压段喷口间分别设有喷管法兰、及与喷管法兰相配合的喷口法兰；所述封口单元为密封片，该密封片安装于喷管和低压段喷口的连接处。密封片可以为特定的纸片或膜片，且密封片的选择是经过特定选择的，在膜单元破裂后，同样压力冲击下，密封片也能随之破裂，从而达到颗粒的充分释放。由于进行的是颗粒的高速碰撞实验，在激波管阶段，针对颗粒的任何细微干扰都会影响到颗粒的冲击速度和方向，进而对碰撞数据带来无比严重的干扰，使得实验结果的误差徒增。密封片破裂时会发生抖动或震动，若颗粒置放于密封片上，颗粒的运动速度和方向势必会收到干扰。为此，如何解决激波管中颗粒的准确、无干扰的释放技术则至关重要。其中一种方案是，在低压段内设有用于盛放所述颗粒的环形片，该环形片为硅胶材料制成，环形片沿低压段周向布置，环形片外周缘与低压段内壁粘合固定，环形片以粘合处为原点、且与水平面呈1～10°夹角设置。与水平面呈夹角的环形片形成一个斜坡，颗粒放置于环形片上，且落于斜坡底部，当高压气流冲击环形片时，环形片将绕原点向下翻转，从而使得颗粒从环形片上落下，此时的颗粒几乎不受干扰。而密封片的破裂不会直接影响环形片的稳定，从而避免了密封片对颗粒的影响。环形片与水平面呈1～10°夹角设置，该角度大小至关重要，既能对颗粒起到支撑，又能在翻转时减少对颗粒的阻力。另一种方案，低压段内壁处固定有若干向上设置的倒毛，该倒毛环绕低压段周向布置；倒毛处与低压段相固定的端部为根部，任意两相邻倒毛的根部紧密相邻、且相邻间距为0～1mm；倒毛以根部为原点、且与水平面呈呈1～10°夹角设置。倒毛的设置相对于环形片更加柔软，在倒毛翻转时能进一步减少阻力，保证颗粒能保持理想的速度和方向。另一种方案，低压段内壁处还卡设有水平设置的环形架，该环形架内环表面凸设有沿环形架周向设置的支撑毛，该支撑毛的根部与环形架内环表面固定，支撑毛的尖部朝向环形架中心延伸，各支撑毛的尖部在环形架中心位置交错叠加、且形成用于盛放所述颗粒的支撑区。通过相互交错的支撑毛尖部形成供颗粒盛放的支撑区，当高压气流冲击支撑区时，由于支撑毛尖部相对于根部更加柔软，因此颗粒几乎在零阻挡的情况下穿过支撑区，因此从管口冲出的颗粒能保持最最理想化的速度，而且几乎和理论速度保持一致，使得颗粒碰撞试验的结果贴合最理想化的状态，达到更高级别的精度。为了监控激波管高压段的压力，则激波管的高压段处设有用于监测高压段内部压力的压力表。控制单元包括相互串接的同步控制器和计算机，同步控制器的数据输入端与压力传感器和高速摄像机分别通过线路连接，同步控制器的数据输出端与计算机通过线路连接；计算机的数据输入端与红外线测速仪和高速摄像机分别通过线路连接。通过同步控制器的设置，能保证压力传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于粘性介质中颗粒与壁面碰撞实验的实验装置，其特征是，包括有：液箱，该液箱上两相对设置的箱壁处设有透视窗；带出气口的高压气罐；竖直设置的激波管，该激波管包括有高压段、低压段、及夹设于高压段和低压段之间的膜单元，其中高压段与高压气罐出气口通过管路连通，低压段处设有朝向液箱内部设置的喷口，该喷口处安装有封口单元；安装于低压段处的压力传感器，该压力传感器用于监控低压段内压力状态、且产生相应的压力信号；安装于液箱底部、且与低压段喷口位置相对应的角度可调试件架；用于朝向角度可调试件架所在位置拍摄的高速摄像机，并产生相应的视频信号；用于角度可调试件架处所述颗粒速度检测的红外线测速仪，并产生相应的速度信号；控制单元，用于接收判断来自压力传感器的压力信号，并根据判断结果控制红外线测速仪和高速摄像机的工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种用于粘性介质中颗粒与壁面碰撞实验的实验装置，其特征是，包括有：液箱，该液箱上两相对设置的箱壁处设有透视窗；带出气口的高压气罐；竖直设置的激波管，该激波管包括有高压段、低压段、及夹设于高压段和低压段之间的膜单元，其中高压段与高压气罐出气口通过管路连通，低压段处设有朝向液箱内部设置的喷口，该喷口处安装有封口单元；安装于低压段处的压力传感器，该压力传感器用于监控低压段内压力状态、且产生相应的压力信号；安装于液箱底部、且与低压段喷口位置相对应的角度可调试件架；用于朝向角度可调试件架所在位置拍摄的高速摄像机，并产生相应的视频信号；用于角度可调试件架处所述颗粒速度检测的红外线测速仪，并产生相应的速度信号；控制单元，用于接收判断来自压力传感器的压力信号，并根据判断结果控制红外线测速仪和高速摄像机的工作状态。2.根据权利要求1所述的用于粘性介质中颗粒与壁面碰撞实验的实验装置，其特征是，所述角度可调试件架包括有：安装于液箱底部的支撑座；安装于支撑座上的碰撞台，该碰撞台底部铰接有滑架，该滑架与支撑座间滑动配合，碰撞台上远离滑架的部位铰接有套管，该套管内插设有竖直设置的螺杆；所述支撑座上开设有与螺杆相配合的螺孔。3.根据权利要求1所述的用于粘性介质中颗粒与壁面碰撞实验的实验装置，其特征是：所述液箱内还安装有液体加热单元，该液体加热单元受控于控制单元，加热单元和控制单元间通过线路连接。4.根据权利要求1所述的用于粘性介质中颗粒与壁面碰撞实验的实验装置，其特征是：所述实验装置还包括有用于在角度可调试件架处提供光源的照明单元。5.根据权利要求1所述的用于粘性介质中颗粒与壁面碰撞实验的实验装置，其特征是：所述低压段的喷口处连接有喷管，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昳，季浪羽，王艳萍，朱祖超，李晓俊，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33