【技术实现步骤摘要】
本申请涉及核电工程，尤其涉及一种基于电场作用的颗粒近壁面气动力系数测量测量装置和测量方法。
技术介绍
1、在能源领域，印刷电路板等紧凑型换热器由于具有换热效率高、结构紧凑等特点，具有广泛的应用前景，如先进核电领域，印刷电路板换热器在小型模块式反应堆中具有重要应用潜力。然而，由于其流道尺寸仅为毫米尺度，流体中携带的粉尘颗粒容易沉积在换热器表面进而影响换热热阻，严重情况下可能堵塞微细通道，从而影响换热器的性能，由于粉尘颗粒在冷却剂气流的驱动下运动，因此，对近壁面区域颗粒受到气流的作用特性测量至关重要。
2、现有的研究表明，气流在近壁面区域会形成具有明显速度梯度的剪切流，剪切流对颗粒的作用特性与传统均匀来流中颗粒的作用特性存在显著差别，其不但增加了流向颗粒的曳力系数，还产生了明显的法向升力系数分量，且颗粒的受力特性在不同壁面距离下的数值不同。然而，传统气流对颗粒作用力的测量方法主要依靠力学平衡来实现，依靠重力平衡测量气流中颗粒的作用力，但无法定量测量不同壁面距离下颗粒的受力规律。
技术实现思路
1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、为此，本申请的目的在于提出一种基于电场作用的颗粒近壁面气动力系数测量装置和测量方法，能够通过颗粒荷电、外加电场和重力的共同作用，并结合流体力学理论，测量带电颗粒在不同壁面位置的受力特性和受理规律，为研究颗粒在狭窄通道内运动和沉积提供理论依据。
3、为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种颗粒近
4、气流管道，包括相对的入口端和出口端，以及设置在所述入口端和所述出口端之间的颗粒注入端；所述气流管道内设有沿管道延伸方向稳定流向的洁净气流；
5、颗粒注入组件，与所述颗粒注入端连接，用于向所述气流管道内注入带电颗粒；
6、电场发生组件，包括沿所述管道延伸方向设置的第一电极和第二电极，以及沿垂直于管道延伸方向设置的第三电极和第四电极；
7、其中，所述第一电极和所述第二电极在所述气流管道内形成流向电场，所述流向电场用于为注入所述气流管道内的所述带电颗粒提供与所述洁净气流流向相反方向的电场力；所述第三电极和所述第四电极在所述气流管道内形成垂向电场，所述垂向电场用于为注入所述气流管道内的所述带电颗粒提供与重力相反方向的电场力。
8、可选地，所述颗粒注入组件包括第一导管，以及与所述第一导管连接的气瓶、气溶胶发生器和旋转撞击发射器；其中，所述气溶胶发生器用于向所述第一导管内注入气溶胶颗粒；所述气瓶用于为所述气溶胶颗粒在所述第一导管内和所述旋转撞击发射器内定向移动提供驱动力；所述旋转撞击发射器用于将所述气溶胶颗粒转换为所述带电颗粒注入所述气流管道。
9、可选地，所述旋转撞击发射器包括倒锥形的筒体，位于所述筒体顶部的桶盖，位于所述筒体中心，并沿轴向垂直贯穿所述桶盖的旋转轴，以及位于所述筒体内部，且中心与所述旋转轴同轴的多个摩擦板，多个所述摩擦板沿所述筒体的轴向依次间隔设置；所述第一导管与所述旋转撞击发射器的输入端连接，所述输入端设置在所述筒体靠近所述桶盖的一侧；所述颗粒注入端与所述旋转撞击发射器的输出端连接，所述输出端设置在所述筒体远离所述桶盖的一侧。
10、可选地，多个所述摩擦板包括多个沿所述筒体的轴向依次间隔设置的旋转孔板和环形挡板；其中，
11、所述环形挡板的外边缘与所述筒体的内壁抵接固定，所述环形挡板内边缘与所述旋转轴保持间隙；所述旋转孔板的中心与所述旋转轴固定，所述旋转孔板的边缘与所述筒体的内壁保持间隙，且每个所述旋转孔板上设有多个贯穿孔。
12、可选地，所述测量装置还包括引风机、过滤器和冷干机；其中，所述过滤器和所述风干机依次设置在所述气流管道靠近所述入口端的一侧，所述引风机设置在所述气流管道靠近所述出口端的一侧。
13、可选地，所述测量装置还包括颗粒检测组件，所述气流管道还设有一透明窗口，所述颗粒检测组件通过所述透明窗口对所述气流管道内的所述带电颗粒的尺寸参数和位置参数进行检测。
14、为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种颗粒近壁面气动力系数测量方法，包括采用上述任意一项所述的测量装置，所述测量方法包括步骤：
15、于气流管道内形成稳定流向的洁净气流；
16、于颗粒注入组件内形成带电颗粒，并将所述带电颗粒注入至所述气流管道内；
17、于所述气流管道内形成流向电场和垂向电场，并分别控制所述流向电场和所述垂向电场的电场强度，以使所述带电颗粒在所述气流管道的第一预设区域达到第一平衡状态；
18、适应性调整所述垂向电场的电场强度，以使所述第一平衡状态下的所述带电颗粒在所述垂向电场的电场力作用下于所述气流管道的第二预设区域达到第二平衡状态；
19、基于所述带电颗粒在所述第二预设区域的位置参数，所述带电颗粒在所述第一平衡状态和所述第二平衡状态下的重力、气动力以及电场力之间的力学平衡等量关系，获取近壁面所述气动力系数表达式。
20、可选地，所述带电颗粒在所述第二平衡状态下的所述气动力系数满足：
21、
22、其中，cl为所述气动力的垂向分量的升力系数；cd为所述气动力的流向分量的曳力系数；ρp为所述带电颗粒的密度；vp为所述带电颗粒的体积；ap为所述带电颗粒的垂向投影面积；y为所述第二平衡状态下所述带电颗粒与所述气流管道内壁的垂向距离；g为重力常量；ef1为所述第一平衡状态下所述垂向电场的电场强度；ef2为所述第二平衡状态下所述垂向电场的电场强度；ρf为所述洁净气流的密度；<u>为所述第一预设区域内所述洁净气流的流速；fd为达西摩擦系数；uf为所述洁净气流的粘度系数。
23、可选地，所述适应性调整所述垂向电场的电场强度的之前，还包括利用颗粒检测组件对所述第一预设区域内达到所述第一平衡状态的所述带电颗粒进行追踪定位和尺寸参数获取。
24、可选地，所述适应性调整所述垂向电场的电场强度的步骤之后，还包括利用所述颗粒检测组件对所述第一平衡状态下的所述带电颗粒在所述垂向电场的电场力作用下是否移动至所述第二预设区域进行确认，以及对所述第二预设区域内达到所述第二平衡状态的所述带电颗粒与所述气流管道内壁的位置关系参数进行获取。
25、本申请提供的颗粒近壁面气动力系数测量装置和测量方法至少包括如下
26、有益效果：
27、本申请提供了一种颗粒近壁面气动力系数测量装置和测量方法，包括气流管道、颗粒注入组件和电场发生组件。其中，气流管道内设有稳定流向的洁净气流，颗粒注入组件用于向气流管道内注入带电颗粒，电场发生组件用于在气流管道内形成流向电场和垂向电场，利用流向电场为气流管道内的带电颗粒提供与流场相反方向的电场力；利用垂向电场为气流管道内的带电颗粒提供与重力相反方向的电场力。通过控制流向电场和垂向电场的电场强度，使带电颗粒能够分别在主本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种颗粒近壁面气动力系数测量装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述颗粒注入组件包括第一导管，以及与所述第一导管连接的气瓶、气溶胶发生器和旋转撞击发射器；其中，所述气溶胶发生器用于向所述第一导管内注入气溶胶颗粒；所述气瓶用于为所述气溶胶颗粒在所述第一导管内和所述旋转撞击发射器内定向移动提供驱动力；所述旋转撞击发射器用于将所述气溶胶颗粒转换为所述带电颗粒注入所述气流管道。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述旋转撞击发射器包括倒锥形的筒体，位于所述筒体顶部的桶盖，位于所述筒体中心，并沿轴向垂直贯穿所述桶盖的旋转轴，以及位于所述筒体内部，且中心与所述旋转轴同轴的多个摩擦板，多个所述摩擦板沿所述筒体的轴向依次间隔设置；所述第一导管与所述旋转撞击发射器的输入端连接，所述输入端设置在所述筒体靠近所述桶盖的一侧；所述颗粒注入端与所述旋转撞击发射器的输出端连接，所述输出端设置在所述筒体远离所述桶盖的一侧。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，多个所述摩擦板包括多个沿所述筒体的轴向依次间隔设置的旋
5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括引风机、过滤器和冷干机；其中，所述过滤器和所述风干机依次设置在所述气流管道靠近所述入口端的一侧，所述引风机设置在所述气流管道靠近所述出口端的一侧。
6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括颗粒检测组件，所述气流管道还设有一透明窗口，所述颗粒检测组件通过所述透明窗口对所述气流管道内的所述带电颗粒的尺寸参数和位置参数进行检测。
7.一种颗粒近壁面气动力系数测量方法，包括采用权利要求1～6任意一项所述的测量装置，其特征在于，所述测量方法包括步骤：
8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述带电颗粒在所述第二平衡状态下的所述气动力系数满足：
9.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述适应性调整所述垂向电场的电场强度的之前，还包括利用颗粒检测组件对所述第一预设区域内达到所述第一平衡状态的所述带电颗粒进行追踪定位和尺寸参数获取。
10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述适应性调整所述垂向电场的电场强度的步骤之后，还包括利用所述颗粒检测组件对所述第一平衡状态下的所述带电颗粒在所述垂向电场的电场力作用下是否移动至所述第二预设区域进行确认，以及对所述第二预设区域内达到所述第二平衡状态的所述带电颗粒与所述气流管道内壁的位置关系参数进行获取。
...【技术特征摘要】
1.一种颗粒近壁面气动力系数测量装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述颗粒注入组件包括第一导管，以及与所述第一导管连接的气瓶、气溶胶发生器和旋转撞击发射器；其中，所述气溶胶发生器用于向所述第一导管内注入气溶胶颗粒；所述气瓶用于为所述气溶胶颗粒在所述第一导管内和所述旋转撞击发射器内定向移动提供驱动力；所述旋转撞击发射器用于将所述气溶胶颗粒转换为所述带电颗粒注入所述气流管道。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述旋转撞击发射器包括倒锥形的筒体，位于所述筒体顶部的桶盖，位于所述筒体中心，并沿轴向垂直贯穿所述桶盖的旋转轴，以及位于所述筒体内部，且中心与所述旋转轴同轴的多个摩擦板，多个所述摩擦板沿所述筒体的轴向依次间隔设置；所述第一导管与所述旋转撞击发射器的输入端连接，所述输入端设置在所述筒体靠近所述桶盖的一侧；所述颗粒注入端与所述旋转撞击发射器的输出端连接，所述输出端设置在所述筒体远离所述桶盖的一侧。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，多个所述摩擦板包括多个沿所述筒体的轴向依次间隔设置的旋转孔板和环形挡板；其中，
5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括引风机、过滤器和冷干机；其...
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