本實(shí)用新型涉及了一種實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是涉及了一種鉛鉍合金消融實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)性能的不斷提高和計(jì)算流體力學(xué)的飛速發(fā)展，給工程分析、設(shè)計(jì)及科學(xué)研究等領(lǐng)域帶來急劇的革命性變化。用數(shù)值模擬的方法分析取得了重大的進(jìn)步，特別是在處理數(shù)學(xué)方法難于處理的復(fù)雜邊界問題、復(fù)雜造型幾何問題及模型試驗(yàn)方法求解代價(jià)過高的問題等方面。通過數(shù)值模擬的方法，可以減少設(shè)計(jì)成本、降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、縮短設(shè)計(jì)周期。
無網(wǎng)格法是近年來興起的一類數(shù)值模擬方法。無網(wǎng)格法采用離散粒子代替流體，通過流體控制方法離散到具有一定作用關(guān)系的粒子上進(jìn)行整體求解，在通過時(shí)間推進(jìn)的方法獲得流場的非定常流動(dòng)信息。
移動(dòng)粒子半隱式法(MPS)是一種用于計(jì)算不可壓縮流體運(yùn)動(dòng)的無網(wǎng)格方法，是完全Lagrange無網(wǎng)格粒子法。整個(gè)計(jì)算過程不需要任何背景網(wǎng)格，且滿足連續(xù)介質(zhì)模型，廣泛應(yīng)運(yùn)于不可壓縮流體。MPS方法的基本思想是將求解區(qū)域內(nèi)部及邊界按一定的形式離散成一系列粒子，采用離散的粒子代表宏觀流體和固體邊界，每個(gè)粒子都攜帶相應(yīng)的流動(dòng)信息，在Lagrange框架下，基于粒子間的相互作用關(guān)系將基本流動(dòng)方程進(jìn)行離散和求解，通過物理場之間的耦合關(guān)系對下一時(shí)刻各離子的流動(dòng)信息進(jìn)行修正，以時(shí)間層推進(jìn)的方式，獲得整個(gè)流場的動(dòng)態(tài)流動(dòng)信息。
移動(dòng)粒子的半隱式(MPS)方法模擬無粘性且不可壓縮性流體自由表面的流動(dòng)現(xiàn)象，解決了以往在傳統(tǒng)的網(wǎng)格方法中存在的網(wǎng)格劃分困難以及網(wǎng)格容易發(fā)生畸變等一系列的問題。
針對容器內(nèi)的流體，給定其速度邊界，采用MPS方法對其流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了這種方法在解決自由表面流動(dòng)問題上的可行性和優(yōu)越性。但是現(xiàn)有技術(shù)中針對上述軟件方法模擬獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果缺少一種驗(yàn)證其正確性的方式。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述背景技術(shù)，本實(shí)用新型的目的在于提供了一種鉛鉍合金消融實(shí)驗(yàn)裝置，用于獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
本實(shí)用新型包括絕熱上桶、絕熱下桶和圓臺(tái)柱塞，絕熱上桶和絕熱下桶之間通過螺釘固定連接，絕熱上桶頂端設(shè)有桶蓋，底端中心開有錐形通孔，錐形通孔內(nèi)安裝圓臺(tái)柱塞，鋼絲繩一端固定在圓臺(tái)柱塞上，鋼絲繩另一端向上穿過桶蓋后與橡膠塞連接，防止鋼絲繩隨意移動(dòng)；絕熱上桶內(nèi)裝有硅油，絕熱下桶兩端均開口并在內(nèi)部填充有鉛鉍合金，絕熱下桶正下方設(shè)有動(dòng)態(tài)天平和放置在動(dòng)態(tài)天平上的量杯。
所述的絕熱上桶的容積大于絕熱下桶的容積，使存在足夠的硅油消融鉛鉍合金。
所述的絕熱上桶、絕熱下桶和圓臺(tái)柱塞均為絕熱材料制成。
所述的絕熱下桶內(nèi)設(shè)置多根熱電偶，熱電偶測量端插入到鉛鉍合金中。通過熱電偶測量鉛鉍合金內(nèi)熱電偶所在處的溫度，進(jìn)而獲得溫度隨時(shí)間變化的曲線。
所述的鉛鉍合金中心預(yù)留有與錐形通孔同軸相通的小孔，小孔用于在圓臺(tái)柱塞拔出后的開始時(shí)間內(nèi)硅油能夠順利流通。
本實(shí)用新型具有的有益效果是：
本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有絕熱材料制造，實(shí)驗(yàn)硅油熱融鉛鉍合金。通過硅油和鉛鉍合金混合液體的實(shí)時(shí)體積和質(zhì)量的變化情況的觀察，得到鉛鉍合金消融質(zhì)量與時(shí)間的關(guān)系；又通過鉛鉍合金內(nèi)熱電偶裝置，得到鉛鉍合金內(nèi)固定點(diǎn)的溫度與時(shí)間的關(guān)系，從而驗(yàn)證流動(dòng)傳熱模型的正確性。
本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果能用于驗(yàn)證移動(dòng)粒子半隱式法(MPS)數(shù)值模型或其他計(jì)算模型算法正確性。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1、橡膠塊，2、絕熱桶蓋，3、絕熱上桶，4、聯(lián)接螺釘，5、絕熱下桶，6、熱電偶，7、圓臺(tái)柱塞，8、鋼絲繩，9、鉛鉍合金，10、硅油。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本實(shí)用新型包括絕熱上桶3、絕熱下桶5和圓臺(tái)柱塞7，絕熱上桶3和絕熱下桶5之間通過螺釘4固定連接，絕熱上桶3頂端設(shè)有桶蓋2，底端中心開有錐形通孔，錐形通孔內(nèi)安裝圓臺(tái)柱塞7，圓臺(tái)柱塞7的錐面和錐形通孔的錐面相契合，鋼絲繩8一端固定在圓臺(tái)柱塞7上，鋼絲繩8另一端向上穿過桶蓋2后與橡膠塞1連接，防止鋼絲繩8隨意移動(dòng)；絕熱上桶3內(nèi)裝有硅油10，絕熱下桶5兩端均開口并在內(nèi)部填充有鉛鉍合金9，絕熱下桶5正下方設(shè)有動(dòng)態(tài)天平和放置在動(dòng)態(tài)天平上的量杯。
如圖1所示，絕熱下桶5內(nèi)固定設(shè)置有三根豎直桿，三根豎直桿沿絕熱下桶5徑向間隔布置，熱電偶6測量端穿過絕熱下桶5側(cè)壁固定連接到豎直桿，熱電偶6信號(hào)采集端伸出絕熱下桶5外，便于信息的收集。鉛鉍合金9中心預(yù)留有與錐形通孔同軸相通的小孔，小孔用于硅油10開始順利流通。
本實(shí)用新型的具體實(shí)施工作過程如下：
向絕熱上桶3內(nèi)注入約300氏攝度的硅油10，蓋上桶蓋2防止熱量散失，絕熱下桶5內(nèi)部充滿鉛鉍合金固體，通過橡膠塞1提拉鋼絲繩8將圓臺(tái)柱塞7拔出，硅油10經(jīng)過絕熱上桶3底端的通孔流入絕熱下桶5將鉛鉍合金9融化，硅油與鉛鉍合金的混合體一同下落流入量杯內(nèi)，量杯置于動(dòng)態(tài)稱重天平上，使用高速攝像儀記錄量杯和動(dòng)態(tài)天平處變化過程的影像。硅油10開始流經(jīng)絕熱下桶5內(nèi)的鉛鉍合金9時(shí)，通過鉛鉍合金9中心預(yù)留的小孔流出。
根據(jù)量杯和動(dòng)態(tài)天平的影像獲得不同時(shí)刻量杯內(nèi)的總體積和總質(zhì)量，進(jìn)而處理獲得鉛鉍合金消融的質(zhì)量隨時(shí)間的變化曲線，具體是采用以下公式獲得：
ρ1V1+ρ2V2＝m，V1+V2＝V
其中，ρ1為硅油密度已知，ρ2為鉛鉍合金的密度，m為量杯內(nèi)硅油和鉛鉍合金的總質(zhì)量，V為量杯內(nèi)硅油和鉛鉍合金的總體積，V1為硅油的體積，V2為鉛鉍合金的體積。
實(shí)施例中以Pb-56％、Bi-44％、熔點(diǎn)為152℃的鉛合金和鉍合金配比的鉛鉍合金充滿絕熱下桶，然后在上桶中注入300℃的硅油；當(dāng)拔出圓臺(tái)柱塞時(shí)，硅油流入下桶，沿預(yù)留的小孔流出下桶流入預(yù)先準(zhǔn)備好的量杯內(nèi)。
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)只有硅油以恒定速度流出桶外，鉛鉍合金未融化。隨著時(shí)間的流逝，鉛鉍合金達(dá)到熔點(diǎn)后開始加速融化，直至達(dá)到熔點(diǎn)溫度下穩(wěn)定的融化速度，隨硅油一起流出桶外。根據(jù)量杯與動(dòng)態(tài)稱重天平的變化，獲得鉛鉍合金消融的質(zhì)量隨時(shí)間的變化曲線。
具體實(shí)施采用熱電偶6測量溫度，獲得熱電偶6所在處的溫度隨時(shí)間變化的曲線。
由此可見本實(shí)用新型通過鉛鉍合金消融質(zhì)量與時(shí)間的關(guān)系及鉛鉍合金內(nèi)固定點(diǎn)的溫度與時(shí)間的關(guān)系，從結(jié)果上驗(yàn)證流動(dòng)傳熱模型的正確性。