鉛鉍合金消融實驗裝置和實驗方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種鉛鉍合金消融實驗裝置和實驗方法。包括絕熱上桶、絕熱下桶和圓臺柱塞，上桶和下桶固定連接，絕熱上桶設有桶蓋，底端開有錐形通孔，錐形通孔內安圓臺柱塞，鋼絲繩一端固定在圓臺柱塞上，鋼絲繩另一端與橡膠塞連接；絕熱上桶內裝硅油，絕熱下桶內部填充有鉛鉍合金，絕熱下桶正下方有動態天平和量杯；硅油與鉛鉍合金混合體下落入量杯內，根據量杯和動態天平的影像獲得不同時刻量杯內的總體積和總質量，處理獲得消融質量隨時間的變化曲線；用熱電偶測量溫度，處理獲得溫度隨時間變化的曲線。本發明專利技術能進行鉛鉍合金消融實驗，得到鉛鉍合金消融的質量與時間的關系及鉛鉍合金內確定點上溫度與時間的關系，驗證流動傳熱模型的正確性。

Apparatus and method for ablation of lead bismuth alloy

The invention discloses a lead bismuth alloy ablation experimental device and an experimental method. Including adiabatic upper barrel, barrel and plunger under adiabatic cone, the barrel and the lower barrel is fixedly connected with the lid, insulation barrel, bottom provided with a conical hole, tapered through hole is round plunger, steel cable is fixed on the rotary plunger on the wire rope, the other end is connected with a rubber plug on the insulation barrel; silicone oil, insulation barrel filled with lead bismuth alloy, adiabatic barrel just below the dynamic balance and measuring cup; silicone oil and lead bismuth alloy mixture falls into the cup, get a cup of the moment the total volume and total quality at the same time according to the dynamic balance measuring cup and image processing to obtain the ablation quality versus time curve; the temperature and the temperature change with time curve. The invention can carry out the experiment of lead bismuth alloy ablation, obtain the relation between the quality and time of the ablation of the lead bismuth alloy, and the relation between the temperature and the time on the fixed point of the lead bismuth alloy, and verify the correctness of the flow and heat transfer model.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及了一種實驗裝置和方法，尤其是涉及了一種鉛鉍合金消融實驗裝置和實驗方法。
技術介紹
計算機性能的不斷提高和計算流體力學的飛速發展，給工程分析、設計及科學研究等領域帶來急劇的革命性變化。用數值模擬的方法分析取得了重大的進步，特別是在處理數學方法難于處理的復雜邊界問題、復雜造型幾何問題及模型試驗方法求解代價過高的問題等方面。通過數值模擬的方法，可以減少設計成本、降低設計風險、縮短設計周期。無網格法是近年來興起的一類數值模擬方法。無網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系的粒子上進行整體求解，在通過時間推進的方法獲得流場的非定常流動信息。移動粒子半隱式法(MPS)是一種用于計算不可壓縮流體運動的無網格方法，是完全Lagrange無網格粒子法。整個計算過程不需要任何背景網格，且滿足連續介質模型，廣泛應運于不可壓縮流體。MPS方法的基本思想是將求解區域內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，每個粒子都攜帶相應的流動信息，在Lagrange框架下，基于粒子間的相互作用關系將基本流動方程進行離散和求解，通過物理場之間的耦合關系對下一時刻各離子的流動信息進行修正，以時間層推進的方式，獲得整個流場的動態流動信息。移動粒子的半隱式(MPS)方法模擬無粘性且不可壓縮性流體自由表面的流動現象，解決了以往在傳統的網格方法中存在的網格劃分困難以及網格容易發生畸變等一系列的問題。針對容器內的流體，給定其速度邊界，采用MPS方法對其流動現象進行了數值模擬，從而進一步驗證了這種方法在解決自由表面流動問題上的可行性和優越性。但是現有技術中針對上述軟件方法模擬獲得的數據結果缺少一種驗證其正確性的方式。
技術實現思路
針對上述
技術介紹
中所描述的移動粒子的半隱式方法(MPS)，本專利技術的目的在于提供了一種鉛鉍合金消融實驗裝置和實驗方法，用于獲得實驗數據驗證數值模擬結果的準確性。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：一、一種鉛鉍合金消融實驗裝置：裝置包括絕熱上桶、絕熱下桶和圓臺柱塞，絕熱上桶和絕熱下桶之間通過螺釘固定連接，絕熱上桶頂端設有桶蓋，底端中心開有錐形通孔，錐形通孔內安裝圓臺柱塞，鋼絲繩一端固定在圓臺柱塞上，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；絕熱上桶內裝有硅油，絕熱下桶兩端均開口并在內部填充有鉛鉍合金，絕熱下桶正下方設有動態天平和放置在動態天平上的量杯。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、絕熱下桶和圓臺柱塞均為絕熱材料制成。所述的絕熱下桶內設置多根熱電偶，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熱電偶所在處的溫度，進而獲得溫度隨時間變化的曲線。所述的鉛鉍合金中心預留有與錐形通孔同軸相通的小孔，小孔用于在圓臺柱塞拔出后的開始時間內硅油能夠順利流通。二、一種鉛鉍合金消融實驗方法：向絕熱上桶內注入約300氏攝度的硅油，蓋上桶蓋，絕熱下桶內部充滿鉛鉍合金固體，通過橡膠塞提拉鋼絲繩將圓臺柱塞拔出，硅油經過絕熱上桶底端的通孔流入絕熱下桶將鉛鉍合金融化，硅油與鉛鉍合金的混合體一同下落流入量杯內，使用高速攝像儀記錄量杯和動態天平處變化過程的影像；根據量杯和動態天平的影像獲得不同時刻量杯內的總體積和總質量，進而處理獲得鉛鉍合金消融的質量隨時間的變化曲線；用熱電偶測量溫度，進而處理獲得熱電偶所在處的溫度隨時間變化的曲線。所述的硅油開始流經絕熱下桶內的鉛鉍合金時，通過鉛鉍合金中心預留的小孔流出。由于鉛鉍合金的熔點低于300℃，因此300℃的硅油能夠使鉛鉍合金融化。所述的鉛鉍合金消融的質量隨時間的變化曲線采用以下公式獲得：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為量杯內硅油和鉛鉍合金的總質量，V為量杯內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。由于硅油密度ρ1已知，固定比例的鉛鉍合金的密度ρ2已知，根據動態稱重天平與量杯的數據變化可得知硅油和鉛鉍合金的總質量m及總體積V，根據上述公式可求得硅油的體積V1及鉛鉍合金的體積V2，由此通過影響取采集獲得多個時刻的總質量和總體積數據即可得到鉛鉍合金消融的質量隨時間的變化曲線。根據實際要求調整鉛鉍合金中鉛合金和鉍合金的配比比例得到不同的變化曲線。本專利技術具有的有益的效果是：本專利技術的實驗設備有絕熱材料制造，實驗硅油熱融鉛鉍合金。通過硅油和鉛鉍合金混合液體的實時體積和質量的變化情況的觀察，得到鉛鉍合金消融質量與時間的關系；又通過鉛鉍合金內熱電偶裝置，得到鉛鉍合金內固定點的溫度與時間的關系，從而驗證流動傳熱模型的正確性。本專利技術的實驗結果能用于驗證移動粒子半隱式法(MPS)數值模型或其他計算模型算法正確性。附圖說明圖1是本專利技術的結構示意圖。圖2是實施例的鉛鉍合金、硅油流量曲線圖。圖3是實施例熱偶測量獲得的溫度曲線圖。圖中：1、橡膠塊，2、絕熱桶蓋，3、絕熱上桶，4、聯接螺釘，5、絕熱下桶，6、熱電偶，7、圓臺柱塞，8、鋼絲繩，9、鉛鉍合金，10、硅油。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1所示，本專利技術包括絕熱上桶3、絕熱下桶5和圓臺柱塞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頂端設有桶蓋2，底端中心開有錐形通孔，錐形通孔內安裝圓臺柱塞7，圓臺柱塞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；絕熱上桶3內裝有硅油10，絕熱下桶5兩端均開口并在內部填充有鉛鉍合金9，絕熱下桶5正下方設有動態天平和放置在動態天平上的量杯。如圖1所示，絕熱下桶5內固定設置有三根豎直桿，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側壁固定連接到豎直桿，熱電偶6信號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。本專利技術的實施例及其具體實施工作過程如下：向絕熱上桶3內注入約300氏攝度的硅油10，蓋上桶蓋2防止熱量散失，絕熱下桶5內部充滿鉛鉍合金固體，通過橡膠塞1提拉鋼絲繩8將圓臺柱塞7拔出，硅油10經過絕熱上桶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，量杯置于動態稱重天平上，使用高速攝像儀記錄量杯和動態天平處變化過程的影像。硅油10開始流經絕熱下桶5內的鉛鉍合金9時，通過鉛鉍合金9中心預留的小孔流出。根據量杯和動態天平的影像獲得不同時刻量杯內的總體積和總質量，進而處理獲得鉛鉍合金消融的質量隨時間的變化曲線，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為量杯內硅油和鉛鉍合金的總質量，V為量杯內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。實施例中以Pb-56％、Bi-44％、熔點為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；當拔出圓臺柱塞時，硅油流入下桶，沿預留的小孔流出下桶流入預先準備好的量杯內。實驗開始時只有硅油以恒定速度流出桶外，鉛鉍合金本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鉛鉍合金消融實驗裝置，其特征在于：包括絕熱上桶(3)、絕熱下桶(5)和圓臺柱塞(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)頂端設有桶蓋(2)，底端中心開有錐形通孔，錐形通孔內安裝圓臺柱塞(7)，鋼絲繩(8)一端固定在圓臺柱塞(7)上，鋼絲繩(8)另一端向上穿過桶蓋(2)后與橡膠塞(1)連接；絕熱上桶(3)內裝有硅油(10)，絕熱下桶(5)兩端均開口并在內部填充有鉛鉍合金(9)，絕熱下桶(5)正下方設有動態天平和放置在動態天平上的量杯。

【技術特征摘要】
1.一種鉛鉍合金消融實驗裝置，其特征在于：包括絕熱上桶(3)、絕熱下桶(5)和圓臺柱塞(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)頂端設有桶蓋(2)，底端中心開有錐形通孔，錐形通孔內安裝圓臺柱塞(7)，鋼絲繩(8)一端固定在圓臺柱塞(7)上，鋼絲繩(8)另一端向上穿過桶蓋(2)后與橡膠塞(1)連接；絕熱上桶(3)內裝有硅油(10)，絕熱下桶(5)兩端均開口并在內部填充有鉛鉍合金(9)，絕熱下桶(5)正下方設有動態天平和放置在動態天平上的量杯。2.根據權利要求1所述的一種鉛鉍合金消融實驗裝置，其特征在于：所述的絕熱上桶(3)的容積大于絕熱下桶(5)的容積。3.根據權利要求1所述的一種鉛鉍合金消融實驗裝置，其特征在于：所述的絕熱上桶(3)、絕熱下桶(5)和圓臺柱塞(7)均為絕熱材料制成。4.根據權利要求1所述的一種鉛鉍合金消融實驗裝置，其特征在于：所述的絕熱下桶(5)內設置多根熱電偶(6)，熱電偶(6)測量端插入到鉛鉍合金(9)中。5.根據權利要求1所述的一種鉛鉍合金消融實驗裝置，其特征在于：所述的鉛鉍合金(9)中心預留有與錐形通孔同軸相通的小孔，小孔用于在圓臺柱塞(7)拔出后的開始時間內硅油(10)能夠順利流通。6.應用于權利要求1-5任一所述裝置的一種鉛鉍合金消融實驗方法，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：章利特，隋真真，王天航，施紅輝，
申請(專利權)人：浙江理工大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33