一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置，包括依次连接的转接段、隔离段、观察段和喷注段；转接段用于通入空气，将空气的密集射流扩展成矩形平面气流；隔离段用于整流空气，降低气流的湍流度和波动性；观察段包括一段平直矩形截面入口流道、限流喉道以及一段平直矩形截面出口流道；观察段的流道由上盖板、下底板组合而成；限流喉道由收缩段、喉道、扩张段依次组成，用于将气流加速至超音速；观察段下方设有喷注段，用于储存燃料并向观察段的限流吼道内喷注燃料，与气流碰撞剪切产生雾化效果；本发明专利技术克服了凝胶燃料雾化困难以及液体火箭发动机实验过程中雾化掺混无法直观研究的问题。究的问题。究的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置


[0001]本专利技术涉及一种凝胶燃料雾化掺混
，具体涉及一种凝胶燃料旋转爆震发动机。

技术介绍

[0002]未来战争和空间探索的任务需求对动力装置提出了更高的要求，包括高精度、可调控、小型化以及远程化等。总结和分析目前常用的固体和液体推进剂的特点，虽然各有其优势，例如固体推进剂能量密度高、易储藏运输、不易泄露，液体推进剂能实现燃料流量调节和多次点火。但是两者又各有其劣势，比如说固体推进剂比冲较低，推力难以调节等，传统的液体推进剂一般具有剧毒，且易挥发和泄露，安全性较差。
[0003]凝胶推进剂一般指在液体推进剂中加入一定量的凝胶剂，如纳米二氧化硅，纤维素的衍生物(HPC(竣基丙基纤维素)，CMC(羧甲基纤维素)等)，以及卡波姆，黄原胶，琼脂，改性氯化蓖麻油等，形成的一种凝胶形态的新型推进剂。由于凝胶推进剂不仅继承了液体推进剂比冲高、多次启动和推力可调的特性，还具备了固体推进剂不易泄露、长期贮存和使用维护方便等优点，使凝胶发动机在导弹武器和航天推进器领域拥有广阔发展和应用前景，已成为国内外广泛研究的新型推进技术。然而，由于凝胶推进剂流变特性较常规牛顿流体推进剂复杂，使得其雾化特性发生变化，尤其是高粘性会显著地增加雾化难度，是影响工程应用的重要难题。由于火箭发动机整体多为回转体，点火实验时通常是在发动机内壁布置数据采样点，采集温度及压力等信号，缺少对推进剂的物化掺混等现象的直观的研究方式。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服凝胶燃料雾化困难以及火箭发动机实验过程中雾化掺混无法直观研究的问题，提供一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0006]一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置，包括依次连接的转接段、隔离段、观察段和喷注段；
[0007]所述转接段用于通入空气，将空气的密集射流扩展成矩形平面气流；
[0008]所述隔离段与转接段之间设有整流板，用于降低气流的湍流度和波动性；
[0009]所述观察段包括一段平直矩形截面入口流道、限流喉道以及一段平直矩形截面出口流道；
[0010]观察段的流道由上盖板、下底板组合而成；
[0011]所述限流喉道由收缩段、喉道、扩张段依次组成，用于将气流加速至超音速；
[0012]所述观察段下方设有喷注段，用于向观察段的限流吼道内喷注燃料，与气流碰撞剪切产生雾化效果；
[0013]所述上盖板、下底板、喷注段均为可拆卸结构，用于对实验装置的尺寸和结构进行调节，包括喉道的收缩和扩张比、喉道高度、流道高度、以及燃料喷注方式等。
[0014]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0015](1)本专利技术设计的一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置，其基本设计思路是基于小型液体火箭发动机的结构和参数。由于大多数发动机燃烧室采用环形结构，不易设置观察窗，难以观测到内部燃料的雾化和掺混情况。本实验装置通过结构简化，设计出矩形截面雾化掺混流道来近似代替环形燃烧室进行实验，该流道在包括喉道在内的关键部位的形状、尺寸与环形燃烧室相同。同时，在两侧和顶部设立观察窗或光路，方便激光投影和高速相机的拍摄。
[0016](2)本专利技术设计的一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置，应用模块化设计思路，实验装置各部件，包括转接段整体、喷注段的各部件、观察段石英玻璃等均为可替换部件，能根据不同的喷注方式或工况调整相应结构尺寸，提高地面实验的便利性，为后续改进提供了较大的空间。
[0017](3)本专利技术设计的一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置，其采用的推进剂种类属新型推进剂，与一般的液体、固体(粉末)推进剂不同，是一种在航空煤油(RP
‑
3)中加入有机凝胶剂氢化蓖麻油以及助凝剂无水乙醇形成的煤油凝胶，粘度和张力较大，因而容易污染观察窗和狭缝光路，如本专利技术所采用的是可替换的观察窗，在实验允许的条件下尽可能拓宽流道，同时提高狭缝光路的高度，从而减小因观察窗污染对实验造成的影响。
附图说明
[0018]图1为本专利技术一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置总体图。
[0019]图2为本专利技术一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置沿气流方向的剖面图。
[0020]图3为本专利技术观察段的剖面图。
[0021]图4为喷注段一种实施方式的剖视图的局部放大图。
[0022]图5为喷注段另一种实施方式的剖视图的局部放大图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件，或是具有相同或类似功能的元件。
[0024]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“顶部”、“底部”、“中间”、“两侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0025]此外术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电焊连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的技术人员而言，可根据实际情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0026]如图1、图2所示，一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置，包括依次连接的转接段1、隔离段2、观察段3和喷注段4。
[0027]如图2所示，转接段1一侧为圆管接头1
‑
1，利用管螺纹与其他气体管路进行连接，管螺纹尺寸为DN50；另一侧为渐变的矩形横截面流道1
‑
2，端部为法兰结构1
‑
3，用螺栓与隔
离段2相连；隔离段2和转接段1之间设置有整流板2
‑
2，整流板为多孔结构；同时隔离段2和转接段1之间设置密封件2
‑
3，防止气体泄漏。
[0028]使用时，空气进入转接段1后，由圆柱形密集射流逐渐扩展成矩形平面气流，并经过整流板2
‑
2整流后，气流湍流度和波动性降低，速度分布均匀性提高。
[0029]气流经过隔离段2一段平直矩形流道2
‑
1后进入观察段3，观察段3的内流道包括一段平直矩形截面入口流道3
‑
1、限流喉道3
‑
2以及一段平直矩形截面出口流道3
‑
3。
[0030]如图3所示，限流喉道3
‑
2由上盖板3
‑
4和下底板3
‑
5的凸台组合而成；上盖板3
‑
4和下底板3
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5用压板3
‑
6、螺栓固定在窗框的凹槽内。
[0031]限流喉道3
‑
2前半部是由大变小收缩至一个窄喉，窄喉之后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置，其特征在于，包括依次连接的转接段、隔离段、观察段和喷注段；所述转接段用于通入空气，将空气的密集射流扩展成矩形平面气流；所述隔离段用于整流空气，降低气流的湍流度和波动性；所述观察段包括一段平直矩形截面入口流道、限流喉道以及一段平直矩形截面出口流道；观察段的流道由上盖板、下底板组合而成；所述限流喉道由收缩段、喉道、扩张段依次组成，用于将气流加速至超音速；所述观察段下方设有喷注段，用于储存燃料并向观察段的限流吼道内喷注燃料，与气流碰撞剪切产生雾化效果；所述上盖板、下底板、喷注段均为可拆卸结构，用于对实验装置的尺寸和结构进行调节，包括喉道的收缩和扩张比、喉道高度、流道高度、以及燃料喷注方式等。2.根据权利要求1所述的可视化的气体辅助凝胶雾化实验装置，其特征在于，喷注段包括喷嘴、集油腔和油路接头，其中集油腔为喷嘴内部的圆柱孔，喷嘴顶部开有喷嘴孔，燃料通过油路接头进入集油腔，从喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪勇，马虎，夏镇娟，侯世卓，陈硕，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：