一种用于测量低气压条件下喷雾特性的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种采用激光相位多普勒技术测量低气压条件下喷雾特性的实验装置，特征是其耐压真空室器壁上设有经带有阀门的管道和真空泵相连的抽气孔；真空室顶部的喷头经带有阀门的管道和供水系统采用卡箍式接头相连；设在真空室器壁上的三个透明窗口的玻璃和焊接在壁面的基座连接处采用内螺纹外沟槽式结构及内空腔式结构；真空室底部中央设向下突出的蓄液管段，其通过阀门和大气连通；ＰＤＡ测量系统的两束激光分别经第一和第二个窗口后在真空室内聚焦产生干涉条纹，干涉条纹经喷雾粒子折射放大后经第三个透明窗口被接收后送到计算机进行处理分析。利用本实用新型专利技术装置可进行低气压条件下喷雾特性的测量研究。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于安全科学与工程实验设备
，特别涉及在低压条件下采用 激光相位多普勒分析仪测量喷雾特性的实验装置。
技术介绍
低气压存在于高原、高空、抽真空设备等多种环境条件下。细水雾灭火技术具有灭 火高效、对环境无污染、对现场人员和设备安全、用水量少等诸多优点，对其在常压条件下 灭火性能的研究已开展了大量的工作，并已得到广泛的应用。但至今尚缺乏在低气压条件 下细水雾特性表征方面的研究工作，更没有见到适宜于在常压地区测量低气压条件下细水 雾雾滴粒径及速度的模拟实验装置。《消防科学与技术》杂志(2005，24 (6) 733-734)介绍 了细水雾系统的概念、灭火机理、控制方式和在文物古建筑中的运用的优点和局限性，但未 见涉及低压条件下对细水雾雾场特性的研究。《大气环境-A》杂志(1991，25(2) 217-230) 介绍了在低压环境下对97种不同水雾试样的化学组分、温度、传输速度及方向等方面的研 究，但未见涉及细水雾雾化角、雾化液滴直径等雾化特性。《高海拔低气压条件对细水雾灭 火性能影响的实验研究》(蔡昕，2009. 05 ；中国科学技术大学博士论文)中介绍了低压条件 下的细水雾雾特性研究，但其仅采用收集法和激光片光成像法测量分析了低气压条件对细 水雾喷雾张角及其雾滴空间分布的影响。而从细水雾灭火技术在低气压环境的推广应用， 特别如西藏以布达拉宫为代表的文物古建筑，以及宇宙飞船等航空航天器的火灾防护及其 相应灭火系统的优化设计来说，亟需对细水雾在低气压条件下的喷雾特性进行实验测量分 析。但目前缺乏测量低压条件下细水雾特性的实验装置，已有的大型激光测量系统也不适 宜于在航空航天器上使用。“多相流体测量试验方法”(多相流技术，1994，20 :261_295)介绍了激光相位多普 勒测量(PDA)技术的标准，这是一种对粒子的粒径和速度进行同步测量的光学测量技术， 由激光器、发射探头、信号处理器和计算机组成。激光器发射的激光经基准彩色脉冲器过滤 后分别通过两个互相垂直的发射探头向真空室器壁上的两个互相垂直的第一个透明窗口 和第二个透明窗口垂直发射，激光信号在真空室内聚焦后经喷雾粒子放大和折射后通过第 三透明窗口被光电探测器接收，被接收的激光信号经传输光纤和色调一致设定仪后，其中 的一部分信号经传输光纤进入信号处理器，经计算机上的数据处理软件处理数据，其余部 分信号进入基准彩色脉冲器，循环利用。但根据对国内外文献和专利的检索，仅检索到在常 压条件下利用PDA技术测量细水雾雾特性的文献，尚未见到利用PDA技术测量在低气压条 件下细水雾雾特性的相关文献和专利。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种采用激光相位多普勒测量技术测量低气压条件下 喷雾特性的实验装置，为研究低气压条件下细水雾雾场分布、雾滴粒径以及雾滴速度分布 等特性提供条件保障。3本技术的采用激光相位多普勒测量低气压条件下细水雾特性的实验装置，包 括器壁上设有抽气孔和真空压力表的密闭真空室，所述抽气孔经带有阀门的管道与真空泵 相连；真空室顶部设有细水雾喷头，该细水雾喷头经带有阀门的管道与供水系统相连；在 由激光器、发射探头、信号处理器和计算机组成的激光相位多普勒测量系统中，从激光器发 射出来的激光经基准彩色脉冲器过滤后分别通过两个互相垂直的发射探头向两个互相垂 直的第一、第二透明窗口垂直发射，在真空腔内聚焦后通过第三透明窗口被激光接收探头 接收，被接收的激光信号经传输光纤进入信号处理器，经计算机上配备的多普勒测量数据 处理软件处理后得到所需参数的测量信息；其特征在于焊接在真空室外壁面的窗口基座 连接处采用与真空室外壁面形状相匹配的内螺纹外沟槽式结构；所述三个透明窗口的玻璃 分别卡插并密封镶嵌于焊接在真空室外壁面上的窗口基座的沟槽式结构内，形成易拆卸的 内空腔式结构，该三个透明窗口的中心点在同一水平圆周面上，每个窗口平面与真空室外 壁面切面平行，其中第一透明窗口平面方向与第二透明窗口平面方向互相垂直，第三透明 窗口平面方向相对于第一透明窗口平面方向的夹角、以及与第二透明窗口所成的夹角与激 光相位多普勒检测仪的激光发射、接收角度相吻合；细水雾喷头和供水系统管道的连接处 采用卡箍式接头，该卡箍式接头由上下两个圆形法兰组成上法兰和供水管道连接在一起， 上法兰的横截面呈阶梯状，与卡箍的管卡相吻合；下法兰上部的形状和卡箍的管卡相吻合， 下部和真空室连接在一起；真空室底部设有向下突出的蓄液管段，该蓄液管段通过阀门和 大气连通。所述真空室可选用空心球体、圆柱体或长方柱体；可采用透明耐压材料制造，或采 用非透明的耐压材料制造而在激光经过的相应位置留有透明窗口 ；设置透明窗口一方面是 透过激光和接收激光的需要，同时也有利于对实验现象及过程进行观测记录；并可通过选 用、更换不同耐压值的透明材料来改变真空室内的极限实验压力。本技术在细水雾喷头和供水系统管道的连接处采用了卡箍式接头，使得实验 过程中喷头的更换安装便捷，且不影响整体结构及密封性要求，有利于测试研究低气压条 件下不同喷头的喷雾性。为了减少水雾对窗口玻璃的影响和避免侧壁积水对激光探测的影响，各透明窗口 的上沿可设有向上倾斜与真空室内壁成锐角的挡水遮板；该挡水遮板的采用与否、及其向 上倾斜的角度和伸出窗口的长度，与真空室腔体直径的大小、细水雾喷头设置的高度、喷雾 锥角及喷头负压筒体内腔尺寸相关若真空室腔体直径足够大、细水雾喷头设置的高度足 够高、喷雾锥角足够小、或喷头负压筒体内腔尺寸足够大以至雾滴不会喷射到腔体内壁面， 也就不会发生壁面凝结水流淌影响窗口测量的问题，在这种情况下该遮板也就无需伸出窗 口太多甚至不需要它。为避免水雾与腔体内壁碰撞产生的二次水雾对窗口造成影响，腔体底部与激光聚 焦点之间可保留10-20厘米的距离；所述真空室底部设向下伸出的法兰结构是为了减少液 体溅射；该法兰底部通过卡箍接头和装有球阀的可控制排水量的排水管相连接，这里采取 卡箍连接方式是为了确保内腔既可密封又可彻底排水。本技术中的各透明窗口设置，采取了与真空室外壁面形状相匹配的内螺纹外 沟槽式结构，各透明窗口的玻璃分别卡插并密封镶嵌于真空室外壁面上的窗口基座的沟槽 式内，形成易拆卸结构，以保证密封的可靠性以及安装、实验时清洁窗口等操作的方便。易拆卸结构不仅为了方便窗口玻璃的更换，同时也使研究分析不同玻璃对测量结果的影响及 修正成为可能。各透明窗口采取的内空腔式结构，保证了窗口玻璃安装时相对于激光角度 的可调性并确保激光垂直入射，从而避免玻璃对光的折射造成聚焦位置的偏差。开始实验时，先检查各阀门是否均已关闭；然后打开和抽气孔相连的阀门和真空 泵，当真空压力表上显示的数据满足实验条件时，关闭真空泵及和抽气孔相连的阀门；开启 和细水雾喷头相连的阀门与供水系统；开启激光相位多普勒测量系统(PDA)，激光器发射 探头发出的两束互相垂直的激光分别通过两个互相垂直的透明窗口进入真空室，穿过水雾 在真空腔内一点聚焦后，产生干涉条纹并经喷雾粒子的放大和散射后通过第三透明窗口被 激光接收探头接收，被接收的激光信号经传输光纤进入信号处理器，经计算机上配备的多 普勒测量数据处理软件处理后得到所需的雾特性数据；数据采集完成后，依次关闭激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用激光相位多普勒测量低气压条件下细水雾特性的实验装置，包括器壁上设有抽气孔和真空压力表的密闭真空室，所述抽气孔经带有阀门的管道与真空泵相连；真空室顶部设有细水雾喷头，该细水雾喷头经带有阀门的管道与供水系统相连；在由激光器、发射探头、信号处理器和计算机组成的激光相位多普勒测量系统中，从激光器发射出来的激光经基准彩色脉冲器过滤后分别通过两个互相垂直的发射探头向两个互相垂直的第一、第二透明窗口垂直发射，在真空腔内聚焦后通过第三透明窗口被激光接收探头接收，被接收的激光信号经传输光纤进入信号处理器，经计算机上配备的多普勒测量数据处理软件处理后得到所需参数的测量信息；其特征在于：焊接在真空室外壁面的窗口基座连接处采用与真空室外壁面形状相匹配的内螺纹外沟槽式结构；所述三个透明窗口的玻璃分别卡插并密封镶嵌于焊接在真空室外壁面上的窗口基座的沟槽式结构内，形成易拆卸的内空腔式结构，该三个透明窗口的中心点在同一水平圆周面上，每个窗口平面与真空室外壁面切面平行，其中第一透明窗口平面方向与第二透明窗口平面方向互相垂直，第三透明窗口平面方向相对于第一透明窗口平面方向的夹角、以及与第二透明窗口所成的夹角与激光相位多普勒检测仪的激光发射、接收角度相吻合；细水雾喷头和供水系统管道的连接处采用卡箍式接头，该卡箍式接头由上下两个圆形法兰组成：上法兰和供水管道连接在一起，上法兰的横截面呈阶梯状，与卡箍的管卡相吻合；下法兰上部的形状和卡箍的管卡相吻合，下部和真空室连接在一起；真空室底部设有向下突出的蓄液管段，该蓄液管段通过阀门和大气连通。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王喜世，许红利，刘良宝，秦俊，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]