【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及射流，尤其涉及一种面向co2海洋封存的射流实验台及实验方法。
技术介绍
1、海洋封存是指将捕获的co2通过管道、轮船或者海上平台注入到海洋深处的一种碳封存技术，有着储存容量巨大，泄漏后安全风险低等诸多的优点。
2、在co2海洋封存技术过程中所涉及的液-液射流是一种普遍的流体力学现象，它在许多工业领域中有着广泛的应用，了解射流的动力学和破碎规律在科学研究和工程应用中具有巨大的价值。与液-气系统射流相比，液-液系统中的射流更加复杂，在液-气系统中研究射流时，通常忽略外部气体对射流的影响，如阻力和增加的质量，所以对于液-液射流的研究重点在于分散相与连续相之间的相互作用，对于以co2海洋封存为背景的液-液射流现象，了解分散相射入角度、连续相本身的运动对于射流运动规律的影响的研究十分关键，对于已有的液-液体的射流研究实验台都是采用固定喷嘴位置、固定输入端压力的方式对射流现象进行研究，且研究主要集中于圆柱形喷嘴产生的射流。
3、现有的射流实验台大多集中于液-气体系，且布置有横流的液-液实验装置占地庞大，功能单一，不能满足co2海洋封存背景下液-液射流对于实验台研究功能的要求。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种面向co2海洋封存的射流实验台及实验方法，采用可更换式喷嘴、可旋转式内置框架、布有横流场的连续相箱体、plc电控装置，实现了喷嘴结构、横流场、喷嘴入射角度、周期射流流速的调整，从而实现研究这些参数对液-液射流运动规律的影响。具体
2、一种面向co2海洋封存的射流实验台，包括连续相箱体4、喷嘴角度调节装置1、喷嘴、齿轮泵、分散相储液罐、电控装置以及数据采集系统。
3、所述连续相箱体4内流道为回字型，其中一侧流道为实验段，与所述实验段流道垂直的两侧流道内设有横流场扇叶3，使连续相在流道中流动产生横流。
4、所述喷嘴安装在所述喷嘴角度调节装置1上；所述喷嘴角度调节装置1设于所述连续相箱体4的所述实验段，通过驱动电机和齿轮传动实现喷嘴入射角度和方位的调节。
5、所述齿轮泵的入口与所述分散相储液罐连接，出口与所述喷嘴连通，所述齿轮泵将分散相储液罐中的分散相流体泵入喷嘴并经喷嘴喷出形成射流。
6、所述电控装置用于控制横流场扇叶3转速以调节横流场流速，控制调节喷嘴的方位及入射角度，控制齿轮泵呈函数变化的转速调节以调节喷嘴出口流量。
7、所述数据采集系统用于对实验中的流场图像信息和速度进行监测和记录。
8、进一步，所述喷嘴角度调节装置1包括内置框架101、喷嘴固定块102、齿轮103、限位齿轮轴104、框架固定底座105、伺服电机ⅰ107、伺服电机固定座108、限位端盖109、伺服电机ⅱ111和伺服电机齿轮112；
9、所述框架固定底座105为两个且两个所述框架固定底座105相对设置在所述连续相箱体4实验段的底部；
10、所述限位齿轮轴104设于每个框架固定底座105内侧，且限位齿轮轴104两端分别安装有齿轮103，所述齿轮103能绕限位齿轮轴104周向转动，且齿轮103外侧安装限位端盖109；
11、所述内置框架101为由两个尺寸相同的圆环连接而成的框架结构，所述两个圆环同心且外圈设有齿轮。所述内置框架101置于两个所述框架固定底座105之间，且内置框架101外圈的齿轮分别与限位齿轮轴104两端的齿轮103啮合；
12、所述伺服电机ⅱ111安装在内置框架101上，其输出轴连接伺服电机齿轮112且所述伺服电机齿轮112与内置框架101外圈齿轮啮合；
13、所述伺服电机ⅰ107通过伺服电机固定座108安装在内置框架101上；所述喷嘴固定块102一侧通过轴与内置框架101连接，另一侧与伺服电机ⅰ107输出轴连接，所述伺服电机ⅰ107驱动所述喷嘴固定块102绕轴转动；所述喷嘴连接在喷嘴固定块102上，并能根据实际需求更换不同的喷嘴。
14、进一步的，所述喷嘴固定块102上设有与所述喷嘴连通的软管连接口110，其通过软管与所述齿轮泵的出口连接。
15、进一步，所述分散相储液罐通过软管与所述齿轮泵的入口连接，其中软管的分散相吸入口端位于分散相储液罐底部以避免吸入空气。
16、进一步，所述齿轮泵的出口位置设有转子流量计。
17、进一步，所述电控装置采用plc编程，控制齿轮泵进行呈包括正弦函数、单位脉冲函数在内的函数变化的转速调节以控制出口流量，控制伺服电机ⅰ107对喷嘴入射角度进行调节，控制伺服电机ⅱ111对内置框架101旋转从而调节喷嘴方位，控制横流场扇叶3转速以调节横流场流速；所述电控装置带有usb输出端口，将流量和时间数据导出。
18、进一步，所述数据采集系统包括piv粒子图像测速系统和/或纹影成像光路系统。
19、进一步，所述piv粒子图像测速系统包括激光器6和piv高速相机10；在进行piv实验前实验流体应添加密度相近的流场示踪粒子；所述piv高速相机10位于连续相箱体实验段的外侧，正视于喷嘴106出口的流场区域；所述激光器6设于连续相箱体外侧且位于实验段侧面，用于提供面状激光束7以示踪所关注流体运动区域切面上的示踪粒子；所述piv高速相机10垂直于面状激光束7且正对实验所关注的流场区域。
20、进一步，所述纹影成像光路系统包括凹面反射镜ⅰ2、led点光源5、凹面反射镜ⅱ9、刀片11和纹影高速相机12；其中，led点光源5和凹面反射镜ⅰ2设于连续相箱体4外且位于连续相箱体4内侧，凹面反射镜ⅱ9设于连续相箱体4外且位于连续相箱体4实验段的外侧；所述凹面反射镜ⅱ9、刀片11和纹影高速相机12依次设于一条直线上，led点光源5产生的锥形光经凹面反射镜ⅰ2和凹面反射镜ⅱ9反射后，形成纹影光路8；纹影光路8在凹面反射镜ⅰ2和凹面反射镜ⅱ9为平行光，且这部分平行光将喷嘴出口图像信息经凹面反射镜ⅱ9后，再由刀片11对图像阴影增强，传至纹影高速相机12成像。
21、需要说明的是，由于纹影成像光路系统关注的视野较小，piv粒子图像测速系统与纹影成像光路系统在同时布置时应保持纹影成像光路系统的优先级的情况下避免光路的互相影响。
22、一种采用所述射流实验台进行射流实验的方法，包括以下步骤：
23、步骤1)喷嘴安装固定
24、对喷嘴进行选型并安装在喷嘴固定块102上，将喷嘴、齿轮泵、转子流量计、分散相储罐连通。
25、步骤2)喷嘴的方位与入射角度调节
26、将内置框架101通过框架固定底座105安装在连续相箱体4实验段，通过电控装置控制伺服电机ⅱ111调节内置框架101的旋转角度进而调节喷嘴的方位，控制伺服电机ⅰ107调节喷嘴固定块102的旋转角度进而调节喷嘴的入射角度。
27、步骤3)实验流体注入
28、将连续相流体注入连续相箱体4至实验工况设定高度，同时将分散相流体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向CO2海洋封存的射流实验台，其特征在于，包括连续相箱体(4)、喷嘴角度调节装置(1)、喷嘴、齿轮泵、分散相储液罐、电控装置和数据采集系统；
2.根据权利要求1所述的一种面向CO2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述喷嘴角度调节装置(1)包括内置框架(101)、喷嘴固定块(102)、齿轮(103)、限位齿轮轴(104)、框架固定底座(105)、伺服电机Ⅰ(107)、伺服电机固定座(108)、限位端盖(109)、伺服电机Ⅱ(111)和伺服电机齿轮(112)；
3.根据权利要求2所述的一种面向CO2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述喷嘴固定块(102)上设有与所述喷嘴连通的软管连接口(110)，其通过软管与所述齿轮泵的出口连接。
4.根据权利要求3所述的一种面向CO2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述分散相储液罐通过软管与所述齿轮泵的入口连接，其中软管的分散相吸入口端位于分散相储液罐底部以避免吸入空气。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种面向CO2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述齿轮泵的出口位置设有转子流量
6.根据权利要求5所述的一种面向CO2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述电控装置采用PLC编程，控制齿轮泵进行呈包括正弦函数、单位脉冲函数在内的函数变化的转速调节以控制出口流量，控制伺服电机Ⅰ(107)对喷嘴入射角度进行调节，控制伺服电机Ⅱ(111)对内置框架(101)旋转从而调节喷嘴方位，控制横流场扇叶(3)转速以调节横流场流速。
7.根据权利要求1所述的一种面向CO2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述数据采集系统包括PIV粒子图像测速系统和/或纹影成像光路系统。
8.根据权利要求7所述的一种面向CO2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述PIV粒子图像测速系统包括激光器(6)和PIV高速相机(10)；在进行PIV实验前实验流体添加密度相近的流场示踪粒子；所述PIV高速相机(10)位于连续相箱体实验段的外侧，正视于喷嘴出口的流场区域；所述激光器(6)设于连续相箱体外侧且位于实验段侧面，用于提供面状激光束(7)以示踪所关注流体运动区域切面上的示踪粒子；所述PIV高速相机(10)垂直于所述面状激光束(7)且正对实验所关注的流场区域。
9.根据权利要求7所述的一种面向CO2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述纹影成像光路系统包括凹面反射镜Ⅰ(2)、LED点光源(5)、凹面反射镜Ⅱ(9)、刀片(11)和纹影高速相机(12)；其中，LED点光源(5)和凹面反射镜Ⅰ(2)设于连续相箱体(4)外且位于连续相箱体(4)内侧，凹面反射镜Ⅱ(9)设于连续相箱体(4)外且位于连续相箱体(4)实验段的外侧；所述凹面反射镜Ⅱ(9)、刀片(11)和纹影高速相机(12)依次设于一条直线上，LED点光源(5)产生的锥形光经凹面反射镜Ⅰ(2)和凹面反射镜Ⅱ(9)反射后，形成纹影光路(8)；纹影光路(8)在凹面反射镜Ⅰ(2)和凹面反射镜Ⅱ(9)为平行光，且这部分平行光将喷嘴出口图像信息经凹面反射镜Ⅱ(9)后，再经刀片(11)对图像阴影增强，传至纹影高速相机(12)成像。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述射流实验台进行射流实验的方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种面向co2海洋封存的射流实验台，其特征在于，包括连续相箱体(4)、喷嘴角度调节装置(1)、喷嘴、齿轮泵、分散相储液罐、电控装置和数据采集系统；
2.根据权利要求1所述的一种面向co2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述喷嘴角度调节装置(1)包括内置框架(101)、喷嘴固定块(102)、齿轮(103)、限位齿轮轴(104)、框架固定底座(105)、伺服电机ⅰ(107)、伺服电机固定座(108)、限位端盖(109)、伺服电机ⅱ(111)和伺服电机齿轮(112)；
3.根据权利要求2所述的一种面向co2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述喷嘴固定块(102)上设有与所述喷嘴连通的软管连接口(110)，其通过软管与所述齿轮泵的出口连接。
4.根据权利要求3所述的一种面向co2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述分散相储液罐通过软管与所述齿轮泵的入口连接，其中软管的分散相吸入口端位于分散相储液罐底部以避免吸入空气。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种面向co2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述齿轮泵的出口位置设有转子流量计。
6.根据权利要求5所述的一种面向co2海洋封存的射流实验台，其特征在于，所述电控装置采用plc编程，控制齿轮泵进行呈包括正弦函数、单位脉冲函数在内的函数变化的转速调节以控制出口流量，控制伺服电机ⅰ(107)对喷嘴入射角度进行调节，控制伺服电机ⅱ(111)对内置框架(101)旋转从而调节喷嘴方位，控制横流场扇叶(3)转速以调节横流场流速。
7.根据权利要求1所述的一种面向co2海洋封存的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑜，段嘉腾，宋永臣，杨明军，蒋兰兰，杨磊，张伦祥，徐殿强，冯凯旋，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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