本發明專利技術涉及空化實驗裝置，尤其涉及一種低溫液體空化實驗裝置。屬于流體機械工程、低溫工程和航天工程技術領域。包括、試驗段部分、調壓罐部分、輔助設備部分。該裝置，不同于傳統的空化實驗設備，通過壓力控制對實驗的低溫液體進行壓力和溫度調節，通過供應罐部分與收集罐部分之間的壓差控制進行流動調節，該裝置可以實現低溫液體空化流場的圖像、壓力數據、溫度數據和流量數據的同步采集，實驗效果好，安全性高，且實驗設備簡易、輕便，便于拆卸及搬運，占用空間小，節約實驗用地。
【技術實現步驟摘要】
一種低溫液體空化實驗裝置
本專利技術涉及空化實驗裝置，尤其涉及一種低溫液體空化實驗裝置。屬于流體機械工程、低溫工程和航天工程
技術介紹
當一定溫度的液體內部局部壓力降低到液體飽和蒸汽壓時，會產生汽化現象，同時溶解于液體中的氣體也會析出，形成汽泡(又稱空泡、空穴)，當汽泡隨液流運動到壓力較高的地方后，泡內的蒸汽重新凝結，汽泡潰滅。這種液流內的空泡產生、發展、潰滅的過程，以及由此產生的一系列物理和化學變化過程稱為空化。空化的發生往往會導致機器效率下降并引起振動、噪聲和材料表面破壞等問題，嚴重時會使機器不能正常工作。通常情況下，標準大氣壓下沸點低于120K的元素或化合物以及它們的混合物可以稱之為低溫工質，常見的低溫液體有液氦、液氫、液氧、液氮、液化天然氣等。由于低溫液體特殊的物質屬性，其空化及空化流動這種復雜的物理化學過程一直是相關領域的研究熱點。常溫常壓下，低溫液體與空氣接觸后極易吸熱相變并使容器周圍空氣中的水蒸汽結冰，覆蓋在容器表面，這給低溫液體的空化實驗研究帶來了諸多難題。在傳統空化實驗裝置的基礎上改進的低溫液體空化實驗裝置需要環形水洞等大型設備，需要一個大功率低溫泵實現液體循環，實驗的設備及其他輔助裝置多，往往只能采用包裹隔熱材料的方式防止低溫液體吸熱相變。這樣的實驗設備存在以下幾點不足：1、占地面積大，投入成本多，使用和維護費用高；2、實驗設備和構造復雜，如需進行其他類型實驗，不方便更換試驗段，且難以更換流動介質；3、隔熱差，不易做到可視化觀測，影響空化實驗效果4、實驗裝置動態調節能力差，且不能移動；5、安全性差，一旦發生實驗裝置破裂，低溫液體涌出，極易對實驗人員造成傷害；6、使用過程中低溫液體消耗量大，造成更多的資源浪費和噪音、廢物污染。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服已有技術的缺陷，在科研中進行不同低溫液體的空化流動顯示和流場信息采集，提供一種低溫液體空化實驗裝置。本專利技術是通過下述技術方案實現的。一種低溫液體空化實驗裝置，總體分為五部分：供應罐部分、試驗段部分、收集罐部分、調壓罐部分、輔助設備部分。供應罐部分用于儲存并提供低溫液體，可對低溫液體的壓力和溫度進行調節；包括供應罐外罩、供應罐內膽、供應罐真空接口、過濾器接頭、過濾器、供應罐密封圈、供應罐傳感器接口、供應罐加壓閥、供應罐泄壓閥、供應罐橫向液位計、供應罐縱向液位計，連接關系：供應罐外罩上焊接有支架，供應罐支架與實驗裝置支架通過螺栓連接，將供應罐固定在實驗裝置支架上；供應罐外罩下部開有供應罐真空接口,供應罐真空接口通過管道與第二真空泵連接，實驗過程中第二真空泵持續抽壓，保證供應罐外罩與供應罐內膽之間為準真空狀態(2-5Pa)；供應罐內膽與供應罐外罩在上端通過法蘭盤實現密封連接，供應罐內膽懸掛在供應罐外罩內部；供應罐內膽上部設置有加壓口、調壓口和供應罐傳感器接口，供應罐內膽下部設置有試驗段入水口，供應罐內膽內部設置有供應罐橫向液位計和供應罐縱向液位計；供應罐內膽加壓口通過管道與自增壓低溫液體杜瓦連接，可將低溫液體注入供應罐內，低溫液體加注完畢后，供應罐內膽加壓口通過管道與第一高壓氮氣鋼瓶連接，管道上設有供應罐加壓閥和供應罐泄壓閥，用于提高供應罐內膽內的壓力，并保證內膽內壓力不高于2個大氣壓，防止內膽及可視化試驗段破裂；供應罐內膽調壓口通過管道與調壓罐第一調壓口連接，管道上設有供應罐調壓閥，用于降低供應罐內膽內的壓力；供應罐縱向液位計用于測量實驗裝置水平放置時供應罐內膽內液體的體積，供應罐橫向液位計用于測量實驗裝置順時針翻轉90度后，豎直放置時供應罐內膽內液體的體積，以便于實驗操作；供應罐內膽內設有壓力和溫度傳感器，用于測量罐內低溫液體的壓力和溫度，傳感器引線從供應罐傳感器接口引出；供應罐內膽的試驗段入水口通過過濾器接頭與過濾器連接，過濾器通過法蘭與渦輪流量計連接，防止雜質進入渦輪流量計和可視化試驗段；過濾器上裝有供應罐密封圈。收集罐部分用于儲存流經試驗段部分的低溫液體，可對低溫液體的壓力和溫度進行調節；包括收集罐外罩、收集罐內膽、收集罐真空接口、收集罐密封圈、收集罐傳感器接口、收集罐加壓閥、收集罐泄壓閥、收集罐橫向液位計、收集罐縱向液位計，連接關系：收集罐外罩上焊接有支架，收集罐支架與實驗裝置支架通過螺栓連接，將收集罐固定在實驗裝置支架上；收集罐外罩下部開有收集罐真空接口,收集罐真空接口通過管道與第二真空泵連接，實驗過程中第二真空泵持續抽壓，保證收集罐外罩與收集罐內膽之間為準真空狀態(2-5Pa)；收集罐內膽與收集罐外罩在上端通過法蘭盤實現密封連接，收集罐內膽懸掛在收集罐外罩內部；收集罐內膽上部設置有加壓口、調壓口和收集罐傳感器接口，收集罐內膽下部設置有試驗段出水口，收集罐內膽內部設置有收集罐橫向液位計和收集罐縱向液位計；收集罐內膽加壓口通過管道與第二高壓氮氣鋼瓶連接，管道上設有收集罐加壓閥和收集罐泄壓閥，用于提高收集罐內膽內的壓力，并保證內膽內壓力不高于2個大氣壓，防止內膽及可視化試驗段破裂；收集罐內膽調壓口通過管道與調壓罐第二調壓口連接，管道上設有收集罐調壓閥，用于降低收集罐內膽內的壓力；收集罐縱向液位計用于測量實驗裝置水平放置時收集罐內膽內液體的體積，收集罐橫向液位計用于測量實驗裝置順時針翻轉90度后，豎直放置時收集罐內膽內液體的體積，以便于實驗操作；收集罐內膽內設有壓力和溫度傳感器，用于測量罐內低溫液體的壓力和溫度，傳感器引線從收集罐傳感器接口引出；收集罐內膽的試驗段出水口通過法蘭與試驗控制閥連接；收集罐內膽的試驗段出水口管道處安裝有收集罐密封圈。所述收集罐內膽的容積大于所述供應罐內膽的容積。試驗段部分用于進行或停止實驗，進行可視化觀測和實驗數據采集；包括渦輪流量計、波紋管、可視化試驗段外罩、試驗段真空接口、試驗控制閥、可視化試驗段、可視化試驗段入口傳感器安裝孔、可視化試驗段喉口傳感器安裝孔、試驗段真空腔，連接關系：渦輪流量計、可視化試驗段與試驗控制閥通過管道依次連接，可視化試驗段可更換從而進行其他幾何結構的空化實驗；可視化試驗段外圍設置有可視化試驗段外罩，可視化試驗段外罩對可視化試驗段起支撐作用，可視化試驗段外罩通過螺栓固定于試驗段支架；可視化試驗段外罩上布有四個透明觀察窗口，用于實驗可視化觀察，可視化試驗段外罩前端與波紋管通過螺釘連接，波紋管用于適應管道內外溫差導致的熱變形，可視化試驗段外罩四周隔板間均布有橡膠密封圈，采用螺釘密封，可視化試驗段外罩與可視化試驗段之間形成試驗段真空腔，開設有試驗段真空接口，試驗段真空接口通過管道與第二真空泵連接，實驗過程中第二真空泵持續抽壓，保證可視化試驗段外罩與可視化試驗段之間為準真空狀態(2-5Pa)；可視化試驗段下方設有可視化試驗段入口傳感器安裝孔和可視化試驗段喉口傳感器安裝孔，用于安裝壓力和溫度傳感器，通過傳感器采集可視化試驗段入口無空化區域及可視化試驗段喉口空化發生區域的流場信息。作為優選，所述可視化試驗段喉口高度h是可視化試驗段出(入)口高度H的0.01-0.08。所述可視化試驗段和可視化試驗段外罩上透明觀察窗口采用透明材料；所述可視化試驗段采用石英玻璃；所述可視化試驗段外罩上透明觀察窗口采用樹脂玻璃；調壓罐部分用于快速降低供應罐內膽和收集罐內膽內的壓力；包括收集本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種低溫液體空化實驗裝置，其特征在于：總體分為五部分：供應罐部分、試驗段部分、收集罐部分、調壓罐部分、輔助設備部分；供應罐部分包括供應罐外罩(2)、供應罐內膽(201)、供應罐真空接口(202)、過濾器接頭(203)、過濾器(3)、供應罐密封圈(204)、供應罐傳感器接口(205)、供應罐加壓閥(27)、供應罐泄壓閥(28)、供應罐橫向液位計(206)、供應罐縱向液位計(207)，連接關系：供應罐外罩(2)上焊接有支架，供應罐支架與實驗裝置支架(5)通過螺栓連接，將供應罐固定在實驗裝置支架(5)上；供應罐外罩(2)下部開有供應罐真空接口(202),供應罐真空接口(202)通過管道與第二真空泵連接；供應罐內膽(201)與供應罐外罩(2)在上端通過法蘭盤實現密封連接，供應罐內膽(201)懸掛在供應罐外罩(2)內部；供應罐內膽(201)上部設置有加壓口、調壓口和供應罐傳感器接口(205)，供應罐內膽(201)下部設置有試驗段入水口，供應罐內膽(201)內部設置有供應罐橫向液位計(206)和供應罐縱向液位計(207)；供應罐內膽(201)加壓口通過管道與自增壓低溫液體杜瓦連接，低溫液體加注完畢后，供應罐內膽(201)加壓口通過管道與第一高壓氮氣鋼瓶1連接，管道上設有供應罐加壓閥(27)和供應罐泄壓閥(28)；供應罐內膽(201)調壓口通過管道與調壓罐(25)第一調壓口連接，管道上設有供應罐調壓閥(26)；供應罐內膽(201)內設有壓力和溫度傳感器，傳感器引線從供應罐傳感器接口(205)引出；供應罐內膽(201)的試驗段入水口通過過濾器接頭(203)與過濾器(3)連接，過濾器(3)通過法蘭與渦輪流量計(4)連接，防止雜質進入渦輪流量計(4)和可視化試驗段(701)；過濾器(3)上裝有供應罐密封圈(204)；收集罐部分包括收集罐外罩(14)、收集罐內膽(1401)、收集罐真空接口(1402)、收集罐密封圈(1406)、收集罐傳感器接口(1405)、收集罐加壓閥(17)、收集罐泄壓閥(16)、收集罐橫向液位計(1404)、收集罐縱向液位計(1403)，連接關系：收集罐外罩(14)上焊接有支架，收集罐支架與實驗裝置支架(5)通過螺栓連接，將收集罐固定在實驗裝置支架(5)上；收集罐外罩(14)下部開有收集罐真空接口(1402),收集罐真空接口(1402)通過管道與第二真空泵連接；收集罐內膽(1401)與收集罐外罩(14)在上端通過法蘭盤實現密封連接，收集罐內膽(1401)懸掛在收集罐外罩(14)內部；收集罐內膽(1401)上部設置有加壓口、調壓口和收集罐傳感器接口(1405)，收集罐內膽(1401)下部設置有試驗段出水口，收集罐內膽(1401)內部設置有收集罐橫向液位計(1404)和收集罐縱向液位計(1403)；收集罐內膽(1401)加壓口通過管道與第二高壓氮氣鋼瓶(15)連接，管道上設有收集罐加壓閥(17)和收集罐泄壓閥(16)；收集罐內膽(1401)調壓口通過管道與調壓罐(25)第二調壓口連接，管道上設有收集罐調壓閥(21)，用于降低收集罐內膽(1401)內的壓力；收集罐內膽(1401)內設有壓力和溫度傳感器，傳感器引線從收集罐傳感器接口(1405)引出；收集罐內膽(1401)的試驗段出水口通過法蘭與試驗控制閥(13)連接；收集罐內膽(1401)的試驗段出水口管道處安裝有收集罐密封圈(1406)；試驗段部分包括渦輪流量計(4)、波紋管(6)、可視化試驗段外罩(7)、試驗段真空接口(11)、試驗控制閥(13)、可視化試驗段(701)、可視化試驗段入口傳感器安裝孔(702)、可視化試驗段喉口傳感器安裝孔(703)、試驗段真空腔(704)，連接關系：渦輪流量計(4)、可視化試驗段(701)與試驗控制閥(13)通過管道依次連接，可視化試驗段(701)可更換從而進行其他幾何結構的空化實驗；可視化試驗段(701)外圍設置有可視化試驗段外罩(7)，可視化試驗段外罩(7)通過螺栓固定于試驗段支架(8)；可視化試驗段外罩(7)上布有四個透明觀察窗口，可視化試驗段外罩(7)前端與波紋管(6)通過螺釘連接，可視化試驗段外罩(7)四周隔板間均布有橡膠密封圈，采用螺釘密封，可視化試驗段外罩(7)與可視化試驗段(701)之間形成試驗段真空腔(704)，開設有試驗段真空接口(11)，試驗段真空接口(11)通過管道與第二真空泵連接；可視化試驗段(701)下方設有可視化試驗段入口傳感器安裝孔(702)和可視化試驗段喉口傳感器安裝孔(703)，用于安裝壓力和溫度傳感器；調壓罐部分包括收集罐調壓閥(21)、通氣閥(23)、真空泵控制閥(24)、調壓罐(25)、供應罐調壓閥(26)，連接關系：調壓罐(25)上分別開設有第一調壓口、第二調壓口、抽壓口和通氣口，調壓罐(25)第一調壓...
【技術特征摘要】
1.一種低溫液體空化實驗裝置，其特征在于：總體分為五部分：供應罐部分、試驗段部分、收集罐部分、調壓罐部分、輔助設備部分；供應罐部分包括供應罐外罩(2)、供應罐內膽(201)、供應罐真空接口(202)、過濾器接頭(203)、過濾器(3)、供應罐密封圈(204)、供應罐傳感器接口(205)、供應罐加壓閥(27)、供應罐泄壓閥(28)、供應罐橫向液位計(206)、供應罐縱向液位計(207)，連接關系：供應罐外罩(2)上焊接有支架，供應罐支架與實驗裝置支架(5)通過螺栓連接，將供應罐固定在實驗裝置支架(5)上；供應罐外罩(2)下部開有供應罐真空接口(202),供應罐真空接口(202)通過管道與第二真空泵連接；供應罐內膽(201)與供應罐外罩(2)在上端通過法蘭盤實現密封連接，供應罐內膽(201)懸掛在供應罐外罩(2)內部；供應罐內膽(201)上部設置有加壓口、調壓口和供應罐傳感器接口(205)，供應罐內膽(201)下部設置有試驗段入水口，供應罐內膽(201)內部設置有供應罐橫向液位計(206)和供應罐縱向液位計(207)；供應罐內膽(201)加壓口通過管道與自增壓低溫液體杜瓦連接，低溫液體加注完畢后，供應罐內膽(201)加壓口通過管道與第一高壓氮氣鋼瓶1連接，管道上設有供應罐加壓閥(27)和供應罐泄壓閥(28)；供應罐內膽(201)調壓口通過管道與調壓罐(25)第一調壓口連接，管道上設有供應罐調壓閥(26)；供應罐內膽(201)內設有壓力和溫度傳感器，傳感器引線從供應罐傳感器接口(205)引出；供應罐內膽(201)的試驗段入水口通過過濾器接頭(203)與過濾器(3)連接，過濾器(3)通過法蘭與渦輪流量計(4)連接，防止雜質進入渦輪流量計(4)和可視化試驗段(701)；過濾器(3)上裝有供應罐密封圈(204)；收集罐部分包括收集罐外罩(14)、收集罐內膽(1401)、收集罐真空接口(1402)、收集罐密封圈(1406)、收集罐傳感器接口(1405)、收集罐加壓閥(17)、收集罐泄壓閥(16)、收集罐橫向液位計(1404)、收集罐縱向液位計(1403)，連接關系：收集罐外罩(14)上焊接有支架，收集罐支架與實驗裝置支架(5)通過螺栓連接，將收集罐固定在實驗裝置支架(5)上；收集罐外罩(14)下部開有收集罐真空接口(1402),收集罐真空接口(1402)通過管道與第二真空泵連接；收集罐內膽(1401)與收集罐外罩(14)在上端通過法蘭盤實現密封連接，收集罐內膽(1401)懸掛在收集罐外罩(14)內部；收集罐內膽(1401)上部設置有加壓口、調壓口和收集罐傳感器接口(1405)，收集罐內膽(1401)下部設置有試驗段出水口，收集罐內膽(1401)內部設置有收集罐橫向液位計(1404)和收集罐縱向液位計(1403)；收集罐內膽(1401)加壓口通過管道與第二高壓氮氣鋼瓶(15)連接，管道上設有收集罐加壓閥(17)和收集罐泄壓閥(16)；收集罐內膽(1401)調壓口通過管道與調壓罐(25)第二調壓口連接，管道上設有收集罐調壓閥(21)，用于降低收集罐內膽(1401)內的壓力；收集罐內膽(1401)內設有壓力和溫度傳感器，傳感器引線從收集罐傳感器接口(1405)引出；收集罐內膽(1401)的試驗段出水口通過法蘭與試驗控制閥(13)連接；收集罐內膽(1401)的試驗段出水口管道處安裝有收集罐密封圈(1406)；試驗段部分包括渦輪流量計(4)、波紋管(6)、可視化試驗段外罩(7)、試驗段真空接口(11)、試驗控制閥(13)、可視化試驗段(701)、可視化試驗段入口傳感器安...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王國玉，陳泰然，張敏弟，黃彪，齊海闊，李達欽，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：北京;11
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。