旋流導(dǎo)引式高壓納米粒子氣溶膠生成裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是粒子示蹤測試技術(shù)，特別涉及在高壓高溫環(huán)境下的氣溶膠生成和加注裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]粒子示蹤測試技術(shù)在超聲速/高超聲速的高速流場應(yīng)用，效果仍然受到粒子布撒技術(shù)的極大影響。高速流場存在激波、大尺度的渦區(qū)以及強(qiáng)剪切層等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，對粒子提出了流動(dòng)跟隨性的要求，并要求保證粒子大小盡量接近平均值的粒徑，且均勻布撒。大量研宄表明，為了保證在高速流動(dòng)中具有較好的粒子跟隨性，粒徑分布應(yīng)該在30?200納米左右。而這些納米量級示蹤粒子顆粒度小、易潮結(jié)，將極大影響對精細(xì)結(jié)構(gòu)的捕捉，難以保證粒子跟隨性及其測試精度，是制約粒子示蹤技術(shù)在高速流動(dòng)應(yīng)用的主要因素。
[0003]目前商業(yè)應(yīng)用的粒子發(fā)生器和布撒裝置在高速環(huán)境中難以得到真正應(yīng)用或者實(shí)際布撒效果不盡如人意，主要表現(xiàn)在:(I)粒子可達(dá)性差，粒子容器無法保證足夠大的壓差以保證粒子充分到達(dá)測試環(huán)境；(2)粒子均勻性差，不能很好解決粒子聚團(tuán)和潮結(jié)問題，使粒子分布不均勻，在高速流動(dòng)中的跟隨性表現(xiàn)不一致而影響測試精度；(3)粒子加注和清理操作復(fù)雜，增大了粒子和潮濕空氣的接觸機(jī)會(huì)，很難保證粒子的干燥。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種旋流導(dǎo)引式高壓納米粒子氣溶膠生成裝置，有效解決粒子聚團(tuán)以及控制粒子流量、布撒濃度等重要問題，控制納米粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象并在高壓高溫工作環(huán)境中實(shí)現(xiàn)快速、均勻布撒。將進(jìn)一步推動(dòng)粒子示蹤技術(shù)在超/高超聲速可壓縮流動(dòng)研宄中的發(fā)展，特別是高精度高分辨率的定量化速度場測試技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種旋流導(dǎo)引式高壓納米粒子氣溶膠生成裝置，包括帶有耐高壓旋壓成型的納米示蹤粒子容器、高速旋流導(dǎo)引噴嘴、高壓干燥氮?dú)怛?qū)動(dòng)管路和氣溶膠噴注管路，所述納米示蹤粒子容器為一次性旋壓成型，其底部采用流化床，結(jié)合高速旋流導(dǎo)引噴嘴，在高壓干燥氮?dú)怛?qū)動(dòng)系統(tǒng)作用下，使容器內(nèi)強(qiáng)化混合的龍卷風(fēng)結(jié)構(gòu)，使納米示蹤粒子與高壓氣流充分摻混，形成納米粒子氣溶膠，由噴注管路注入待測試驗(yàn)段。
[0007]所述高壓干燥氮?dú)怛?qū)動(dòng)管路下游設(shè)置穩(wěn)壓室和壓力閥，保證粒子容器中壓力穩(wěn)定并保持與布撒試驗(yàn)段的壓差，能夠使氣溶膠在試驗(yàn)段快速均勻布撒而且維持穩(wěn)定的粒子布撒濃度。
[0008]所述流化床是利用高壓驅(qū)動(dòng)氮?dú)庑纬筛咚偕淞?，?dāng)氣體由裝置底部以很高的速度通入堆放納米粒子的床層時(shí)，納米粒子將在切向旋流流體的作用下表現(xiàn)出流態(tài)化的現(xiàn)象，促進(jìn)粒子與周圍氣流的混合，能夠使粒子充分懸浮在容器形成均勻的氣溶膠，并且可以避免粒子潮結(jié)現(xiàn)象。
[0009]所述高速旋流導(dǎo)引噴嘴采用切向旋流噴嘴設(shè)計(jì)，在高壓驅(qū)動(dòng)氮?dú)庀滦纬芍芟蛐?，使高壓氣流在旋流器?dǎo)引下形成高速龍卷風(fēng)，增強(qiáng)粒子與周圍氣流的周向摻混，使氣溶膠中粒子濃度高度均勻化，并解決粒子聚團(tuán)和潮結(jié)問題。
[0010]所述氣溶膠噴注管路采用高壓軟管，比如不銹鋼，縮短了粒子進(jìn)入試驗(yàn)段的路程，并使整個(gè)氣溶膠運(yùn)動(dòng)路徑光滑可導(dǎo)。通過減少轉(zhuǎn)折、凸臺(tái)等突變，能夠降低粒子在注入過程中的減損，并且提高了拆裝效率和延長了管路使用壽命。
[0011]還包括真空泵，用于加注和清理納米示蹤粒子容器中的示蹤粒子，簡化了粒子加注和清理過程，減少了拆裝容器和管道的次數(shù)，同時(shí)降低了示蹤粒子與潮濕空氣的接觸機(jī)會(huì)。加注時(shí)，采用真空泵使粒子容器形成真空環(huán)境，由此根據(jù)試驗(yàn)用量吸入示蹤粒子。清理時(shí)，采用真空泵直接抽吸容器中的殘留粒子。
[0012]本實(shí)用新型利用高壓干燥氮?dú)鉃轵?qū)動(dòng)氣體，最大工作壓力可以達(dá)到12MPa，可攜帶粒子濃度變化范圍為0.01?0.2kg/s?在粒子容器中隔絕納米粒子與含有水蒸氣的空氣接觸，在納米粒子周圍形成防潮保護(hù)層。
[0013]本實(shí)用新型可以在高溫(1000K)和高壓(16MPa)環(huán)境下工作，結(jié)合操作流程和控制時(shí)序便于加注和清理粒子，能夠?qū)崿F(xiàn)氣溶膠的流量可控、快速均勻混合和防潮結(jié)，氣溶膠中示蹤粒子平均直徑能夠達(dá)到納米量級，解決了高速高壓示蹤粒子技術(shù)的粒子跟隨性和布撒問題。
[0014]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
[0015]首先，確保納米粒子在試驗(yàn)全程避免聚團(tuán)現(xiàn)象；
[0016]其次，氣溶膠濃度穩(wěn)定可控，粒子均勻布撒而且濃度適宜；
[0017]最后，氣溶膠生成安全可靠，而且操作方便簡易、保證效率，粒子可回收率高、經(jīng)濟(jì)性好。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型氣溶膠生成裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2是尚速旋流導(dǎo)引喂■嘴結(jié)構(gòu)不意圖；
[0020]圖3是本實(shí)用新型氣溶膠生成裝置一實(shí)施例的布撒效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下通過具體實(shí)施例結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]圖1為氣溶膠生成裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，包括納米示蹤粒子容器1、高速旋流導(dǎo)引噴嘴2、高壓干燥氮?dú)怛?qū)動(dòng)管路3和氣溶膠噴注管路4。納米示蹤粒子容器I為一次性旋壓成型，其底部采用流化床設(shè)計(jì)，結(jié)合高速旋流導(dǎo)引噴嘴2，在高壓干燥氮?dú)怛?qū)動(dòng)系統(tǒng)作用下，使納米示蹤粒子容器I內(nèi)強(qiáng)化混合的龍卷風(fēng)結(jié)構(gòu)，使納米示蹤粒子5與高壓氣流充分摻混，形成納米粒子氣溶膠6，由噴注管路注入待測試驗(yàn)段。
[0023]增強(qiáng)粒子和環(huán)境流體摻混和防潮結(jié)的設(shè)計(jì)由高壓流化床和旋流器組成，阻斷潮濕空氣的技術(shù)措施包括高壓干燥氮?dú)獾膽?yīng)用。高壓干燥氮?dú)馍淞髟诹Ｗ尤萜髦行纬汕邢蛐?，如圖1中容器內(nèi)下方位置所標(biāo)示的氣流方向，結(jié)合高速旋流器形成周向旋流，如圖1中容器內(nèi)中間位置所標(biāo)示的氣流方向，在兩者之間的綜合作用下形成龍卷風(fēng)，使納米粒子懸浮在環(huán)境氣體中并實(shí)現(xiàn)充分摻混，并在納米粒子周圍形成干燥的保護(hù)層，阻斷與潮濕空氣的接觸。
[0024]維持氣溶膠濃度穩(wěn)定由氮?dú)怛?qū)動(dòng)管路3 (連接氮?dú)馄?下游的穩(wěn)壓室和壓力閥完成。由于高壓氣流進(jìn)入粒子容器后迅速膨脹減壓，使粒子容器壓力出現(xiàn)波動(dòng)，氣溶膠濃度以及粒子分布難以保持穩(wěn)定。因此，在氮?dú)馄肯掠危捎梅€(wěn)壓室和壓力閥將有效控制容器內(nèi)壓力的波動(dòng)，保證了氣溶膠濃度的有效控制和粒子分布的均勻性。
[0025]氣溶膠經(jīng)由不銹鋼耐高壓軟管進(jìn)入高壓高溫工作環(huán)境。耐高壓不銹鋼軟管縮短了粒子進(jìn)入試驗(yàn)段的路程，并使整個(gè)氣溶膠運(yùn)動(dòng)路徑光滑可導(dǎo)。通過減少轉(zhuǎn)折、凸臺(tái)等突變，能夠降低粒子在注入過程中的減損，并且提高了拆裝效率和延長了管路使用壽命。
[0026]氣溶膠生成之前的粒子加注和生成之后的粒子清理由真空泵抽吸在粒子容器中形成真空環(huán)境完成。真空泵簡化了粒子加注和清理過程，減少了拆裝容器和管道的次數(shù)，同時(shí)降低了示蹤粒子與潮濕空氣的接觸機(jī)會(huì)。加注時(shí)，采用真空泵使粒子容器形成真空環(huán)境，由此根據(jù)試驗(yàn)用量吸入示蹤粒子。清理時(shí)，采用真空泵直接抽吸容器中的殘留粒子。
[0027]圖3所示的本實(shí)用新型氣溶膠生成裝置一實(shí)施例的布撒效果圖，可以看出，納米粒子分布的均勻性很好。
[0028]本實(shí)用新型具體操作流程如下:
[0029](I)由真空泵對關(guān)閉其他出口的封閉環(huán)境的粒子容器進(jìn)行抽吸，直至形成真空環(huán)境;
[0030](2)關(guān)閉真空泵，打開粒子容器接入干燥粒子儲(chǔ)罐，使粒子在真空作用下進(jìn)入粒子容器；
[0031](3)關(guān)閉粒子儲(chǔ)罐，打開粒子容器接入高壓干燥氮?dú)馄俊Ｔ诜€(wěn)壓室和壓力閥控制下，設(shè)定試驗(yàn)所需的壓差，使高壓氮?dú)膺M(jìn)入粒子容器，在流化床和旋流器綜合作用下形成龍卷風(fēng)，帶動(dòng)納米粒子與周圍氣體的摻混，形成納米粒子氣溶膠。
[0032](4)在穩(wěn)定一段時(shí)間之后，保持粒子容器壓力，打開氣溶膠生成裝置出口。高壓納米粒子氣溶膠經(jīng)由不銹鋼耐高壓軟管進(jìn)入待測試驗(yàn)段，完成粒子快速、均勻布撒。
[0033](5)試驗(yàn)完成之后，關(guān)閉其他出口，開啟真空泵抽吸，對粒子容器中的殘留粒子進(jìn)行回收。
[0034]上述實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型，但并不用于限定權(quán)利要求的保護(hù)范圍。凡是在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旋流導(dǎo)引式高壓納米粒子氣溶膠生成裝置，其特征在于，包括帶有耐高壓旋壓成型的納米示蹤粒子容器、高速旋流導(dǎo)引噴嘴、高壓干燥氮?dú)怛?qū)動(dòng)管路和氣溶膠噴注管路，所述納米示蹤粒子容器為一次性旋壓成型，其底部采用流化床，結(jié)合高速旋流導(dǎo)引噴嘴，在高壓干燥氮?dú)怛?qū)動(dòng)系統(tǒng)作用下，使容器內(nèi)強(qiáng)化混合的龍卷風(fēng)結(jié)構(gòu)，使納米示蹤粒子與高壓氣流充分摻混，形成納米粒子氣溶膠，由噴注管路注入待測試驗(yàn)段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流導(dǎo)引式高壓納米粒子氣溶膠生成裝置，其特征在于，所述高壓干燥氮?dú)怛?qū)動(dòng)管路下游設(shè)置穩(wěn)壓室和壓力閥，保證粒子容器中壓力穩(wěn)定并保持與試驗(yàn)段的壓差，能夠使納米粒子氣溶膠在試驗(yàn)段快速均勻布撒而且維持穩(wěn)定的粒子布撒濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流導(dǎo)引式高壓納米粒子氣溶膠生成裝置，其特征在于，所述高速旋流導(dǎo)引噴嘴采用切向旋流噴嘴結(jié)構(gòu)，在高壓驅(qū)動(dòng)氮?dú)庀滦纬芍芟蛐?，使高壓氣流在旋流器?dǎo)引下形成高速龍卷風(fēng)，增強(qiáng)粒子與周圍氣流的周向摻混，使氣溶膠中粒子濃度高度均勻化，并解決粒子聚團(tuán)和潮結(jié)問題。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流導(dǎo)引式高壓納米粒子氣溶膠生成裝置，其特征在于，所述氣溶膠噴注管路采用高壓軟管，縮短了粒子進(jìn)入試驗(yàn)段的路程，并使整個(gè)氣溶膠運(yùn)動(dòng)路徑光滑可導(dǎo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流導(dǎo)引式高壓納米粒子氣溶膠生成裝置，其特征在于，還包括真空泵，用于加注和清理納米示蹤粒子容器中的示蹤粒子。
【專利摘要】一種旋流導(dǎo)引式高壓納米粒子氣溶膠生成裝置，包括帶有耐高壓旋壓成型的納米示蹤粒子容器、高速旋流導(dǎo)引噴嘴、高壓干燥氮?dú)怛?qū)動(dòng)管路和氣溶膠噴注管路，所述納米示蹤粒子容器為一次性旋壓成型，其底部采用流化床設(shè)計(jì)，結(jié)合高速旋流導(dǎo)引噴嘴，在高壓干燥氮?dú)怛?qū)動(dòng)系統(tǒng)作用下，使容器內(nèi)強(qiáng)化混合的龍卷風(fēng)結(jié)構(gòu)，使納米示蹤粒子與高壓氣流充分摻混，形成納米粒子氣溶膠，由噴注管路注入待測試驗(yàn)段。本實(shí)用新型中的旋流導(dǎo)引式高壓納米粒子氣溶膠生成裝置，可以在高溫和高壓環(huán)境下工作，實(shí)現(xiàn)氣溶膠的流量可控、快速均勻混合和防潮結(jié)，氣溶膠中示蹤粒子平均直徑能夠達(dá)到納米量級，用于高速高壓示蹤粒子技術(shù)。
【IPC分類】B05B1-34, G01M10-00, B05B9-04, B82Y40-00
【公開號】CN204594656
【申請?zhí)枴緾N201520228443
【發(fā)明人】陳方, 劉洪 , 勵(lì)孝杰
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月15日