激波加載雙排模型球陣動態力直接測量裝置的製作方法

2023-09-12 06:44:55

專利名稱：激波加載雙排模型球陣動態力直接測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種動態力直接測量裝置，尤其是涉及一種激波加載雙排模型球陣動態力直接測量裝置。
背景技術：
激波與固體顆粒群的相互作用普遍存在於超聲速氣固兩相流中，涉及醫療衛生、清潔能源、材料表面處理、安全防控和航空航天等眾多領域，具體應用例如粉末無針注射器、含塵燃氣超聲速分離、脈衝式粉末滅火器、超音速冷噴塗、固體燃料助推器噴嘴等。開展激波誘導的氣固兩相流研究，其關鍵科學問題之一是揭示激波與固體顆粒群的相互作用機理，掌握激波加載顆粒群的動態力，而實驗研究則是解決該問題的行之有效的手段之一，這就依賴為此專門設計的實驗裝置。前人利用激波管風洞產生激波，其一是基於光學方法，即利用高速攝影技術獲得激波及波後氣流驅動下的顆粒群運動圖像，獲得速度、加速度數據，從而確定顆粒群受力，其主要缺陷是氣相參數不能精確控制與測量；其二是針對單球或者若干球模型，開展有效阻力的直接測量，其主要缺陷是不能合理考慮顆粒群的空間排布或者臨近顆粒的激波與尾跡渦結構幹涉的影響
發明內容
針對上述背景技術中所存在的問題，本發明的目的在於提供一種激波加載雙排模型球陣動態力直接測量裝置。本發明解決其技術問題採用的技術方案是:
本發明包括高壓氣源、驅動段、膜片、被驅動段、測試段、金屬絲、模型球和高速數據採集系統；驅動段的一端與被驅動段的一端用膜片連接組成激波管，高壓氣源與驅動段的另一端相連，測試段的一端與被驅動段的另一端相連，測試段內模型球中的加速度計傳感器弓I線與高速數據採集系統連接。所述測試段軸向圓柱面上開有兩排等距分布的小孔，每排孔的同一徑向截面均開有36等分分布的小孔,測試段安裝多個結構相同的模型球,每個模型球均一分為二,上半球頂部有一個連接孔，用金屬絲和固定膠與模型球上半球連接，上半球底部對稱有兩個螺紋孔，下半球底部有一個的連接孔，用於金屬絲和固定膠與模型球下半球的連接，下半球頂部中心一個有加速度計傳感器安裝孔，用於安裝加速度計傳感器，加速度計傳感器安裝孔底部側面有一個信號線輸出孔，下半球底部對稱有兩個螺紋孔與上半球的兩個螺紋孔用螺釘連接，如此將模型球經金屬絲串聯形成球陣模型固定於測試段孔內，與模型球個數相同的加速度計傳感器引線與高速數據採集系統相連，實現同步進行動態力測量。所述的測試段為透明有機玻璃圓管，測試段兩排孔的孔徑均為￠1.5mm。所述的球陣模型為正排模型和錯排模型。本發明具有的有益效果是:
本發明的測試段是透明的有機玻璃管，可進行光學測量，測試段有雙排孔，每排孔的同一徑向截面均勻分布的36個小孔，能精確控制模型球數量、排布、間距，形成實驗所需的不同模型球陣，利用加速度計傳感器與高速數據採集系統實現對激波加載顆粒群動態力的直接測量，用高速攝影儀和紋影儀拍攝激波與模型球相互作用過程，結合光學測量和力的直接測量可以實現對激波與顆粒群相互作用機理以及激波誘導顆粒群動態阻力係數模型的實驗研究。為後續的研究提供了一種很好的實驗裝置和測試方法。


圖1是激波管實驗的總體布置圖。圖2是模型球裝配剖面圖。圖3是模型球上半球剖面圖。圖4是模型球下半球剖面圖。圖5是模型球陣正排模型圖。圖6是模型球陣錯排模型圖。圖中:1、高壓氣源，2、驅動段，3、膜片，4、被驅動段，5、測試段，6、金屬絲，7、模型球，8、高速數據採集系統，9、固定膠，10、下半球，11、上半球，12、加速度計傳感器，13、螺釘，14、螺紋孔，15、連接孔，16、信號線輸出孔，17、加速度計傳感器安裝孔，18、兩排等距分布的小孔，19、球陣模型，20、正排模型，21、錯排模型。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明做進一步說明。如圖1所示，包括高壓氣源1、驅動段2、膜片3、被驅動段4、測試段5、金屬絲6、模型球7和高速數據採集系統8 ;驅動`段2的一端與被驅動段4的一端用膜片3連接組成激波管，高壓氣源I與驅動段2的另一端相連，測試段5的一端與被驅動段4的另一端相連，測試段5內模型球7中的加速度計傳感器12引線與高速數據採集系統8連接。如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，所述測試段5軸向圓柱面上開有兩排等距分布的小孔18，每排孔的同一徑向截面均開有36等分分布的小孔18，測試段5安裝多個結構相同的模型球7，每個模型球7均一分為二，上半球11頂部有一個連接孔15，用金屬絲6和固定膠9與模型球上半球11連接，上半球11底部對稱有兩個螺紋孔14，下半球10底部有一個的連接孔15，用於金屬絲6和固定膠9與模型球下半球10的連接，下半球10頂部中心一個有加速度計傳感器安裝孔17，用於安裝加速度計傳感器(TST266A01) 12，加速度計傳感器安裝孔17底部側面有一個信號線輸出孔16，下半球10底部對稱有兩個螺紋孔14與上半球的兩個螺紋孔14用螺釘13連接，如此將模型球7經金屬絲6串聯形成球陣模型19固定於測試段5孔內，與模型球7個數相同的加速度計傳感器12引線與高速數據採集系統(TST5910) 8相連，實現同步進行動態力測量。所述的測試段5為透明有機玻璃圓管，測試段5兩排孔的孔徑均為￠1.5mm。所述的模型球I是直徑為040mm的不鏽鋼球，每個模型球I都有兩個直徑為C>4mm的螺紋孔和兩個相互垂直、直徑為O 1.5mm的小孔，由O 1.2mm的金屬絲5穿連並固定在測試段5的透明有機玻璃圓管內，結合測試段壁面均布小孔，形成數量、排布、間距不同的球陣模型。
如圖5所示，所述的球陣模型為正排模型20，正排模型第一排的連接方式如下:金屬絲I的A端固定在測試段有機玻璃管外面，金屬絲I的B端連接模型球a水平靠近測試段有機玻璃管內壁的一端，金屬絲2的C端連接模型球a水平的另一端，金屬絲2的D端連接模型球b水平的一端，金屬絲3的E端連接模型球b的水平靠近測試段有機玻璃管內壁的另一端，金屬絲3的F端固定在測試段有機玻璃管外面，金屬絲4的G端固定在測試段有機玻璃管外面，金屬絲4的H端連接模型球a垂直靠近測試段有機玻璃管內壁的一端，金屬絲5的I端連接模型球a垂直的另一端，金屬絲5的J端連接模型球c垂直的一端，金屬絲6的K端連接模型球c的垂直靠近測試段有機玻璃管內壁的另一端，金屬絲6的L端固定在測試段有機玻璃管外面，金屬絲7的M端固定在測試段有機玻璃管外面，金屬絲7的N端連接模型球c水平靠近測試段有機玻璃管內壁的一端，金屬絲8的P端連接模型球c水平的另一端，金屬絲8的Q端連接模型球d水平的一端，金屬絲9的R端連接模型球d的水平靠近測試段有機玻璃管內壁的另一端，金屬絲9的S端固定在測試段有機玻璃管外面，金屬絲10的T端固定在測試段有機玻璃管外面，金屬絲10的U端連接模型球b垂直靠近測試段有機玻璃管內壁的一端，金屬絲11的V端連接模型球b垂直的另一端,金屬絲11的W端連接模型球d垂直的一端，金屬絲12的X端連接模型球d的垂直靠近測試段有機玻璃管內壁的另一端，金屬絲12的Y端固定在測試段有機玻璃管外面，如此串聯形成第一排模型球陣，第二排模型球陣的連接方式 與第一排模型球陣的連接方式完全一樣。如圖6所示，所述的球陣模型為錯排模型21，錯排模型第一排模型球陣相對於第二排模型球陣整體旋轉90度，錯排模型的連接方式和正排模型的連接方式完全一樣。本發明的工作原理如下:
激波管實驗裝置圖如圖1所示，模型球7分為上、下半球如圖3，圖4所示，下半球10有加速度計傳感器安裝孔17，加速度計傳感器12安裝在下半球10中，可以實現對激波加載顆粒群非穩態受力的直接測量，用螺釘13將上、下兩半球連接在一起，上、下兩半球均有連接孔15，金屬絲6通過連接孔15、固定膠9與上、下半球連接在一起，測試段為透明的有機玻璃管，可以進行光學測量，測試段有兩排孔，每排孔的同一徑向截面開有等分分布的小 L，可以形成數量、排布、間距不等的模型球陣，如圖5、圖6所示，驅動段2與被驅動段4用膜片隔開，不同厚度的膜片可以形成不同的激波馬赫數。壓縮氣體從高壓氣源I進入驅動段2，驅動段2與被驅動段4之間壓差達到一定值後，膜片破裂，產生激波，激波對模型球陣產生衝擊力，模型球中的加速度計傳感器測得模型球受到的衝擊力，高速數據採集系統存儲力信號，壓縮氣體進入驅動段2時，打開高速攝影儀(VW-6000)開始拍攝。結合光學測量和力的直接測量可以實現對激波與顆粒群相互作用機理以及激波誘導顆粒群動態阻力係數模型的實驗研究。
權利要求
1.一種激波加載雙排模型球陣動態力直接測量裝置，其特徵在於:包括高壓氣源(I)、驅動段(2)、膜片(3)、被驅動段(4)、測試段(5)、金屬絲￠)、模型球(7)和高速數據採集系統(8);驅動段(2)的一端與被驅動段(4)的一端用膜片(3)連接組成激波管，高壓氣源(I)與驅動段(2)的另一端相連，測試段(5)的一端與被驅動段(4)的另一端相連，測試段(5)內模擬球(7)中的加速度計傳感器(12)引線與高速數據採集系統⑶連接。
2.根據權利要求1所述的一種激波加載雙排模型球陣動態力直接測量裝置，其特徵在於:所述測試段(5)軸向圓柱面上開有兩排等距分布的小孔(18)，每排孔的同一徑向截面均開有36等分分布的小孔(18)，測試段(5)安裝多個結構相同的模型球(7)，每個模型球(7)均一分為二，上半球(11)頂部有一個連接孔(15)，用金屬絲(6)和固定膠(9)與模型球上半球(11)連接，上半球(11)底部對稱有兩個螺紋孔(14)，下半球(10)底部有一個的連接孔(15)，用於金屬絲(6)和固定膠(9)與模型球下半球(10)的連接，下半球(10)頂部中心一個有加速度計傳感器安裝孔(17)，用於安裝加速度計傳感器(12)，加速度計傳感器安裝孔(17)底部側面有一個信號線輸出孔(16)，下半球(10)底部對稱有兩個螺紋孔(14)與上半球的兩個螺紋孔(14)用螺釘(13)連接，如此將模型球(7)經金屬絲￠)串聯形成球陣模型(19)固定於測試段(5)孔內，與模型球(7)個數相同的加速度計傳感器(12)引線與高速數據採集系統(8)相連，實現同步進行動態力測量。
3.根據權利要求1所述的一種激波加載雙排模型球陣動態力直接測量裝置，其特徵在於:所述的測試段(5)為透明有機玻璃圓管，測試段(5)兩排孔的孔徑均為01.5mm。
4.根據權利要求1所述的一種激波加載雙排模型球陣動態力直接測量裝置，其特徵在於:所述的球陣模型為正排 模型(20)和錯排模型(21)。
全文摘要
本發明公開了一種激波加載雙排模型球陣動態力直接測量裝置。包括高壓氣源、驅動段、膜片、被驅動段、測試段、金屬絲、模型球和高速數據採集系統；驅動段的一端與被驅動段的一端用膜片連接組成激波管，高壓氣源與驅動段的另一端相連，測試段的一端與被驅動段的另一端相連，測試段內模型球中的加速度計傳感器引線與高速數據採集系統連接。本發明的測試段是透明的有機玻璃管，可進行光學測量，測試段有雙排孔，每排孔的同一徑向截面均勻分布的36個小孔，能精確控制模型球數量、排布、間距，形成實驗所需的不同模型球陣，利用加速度計傳感器與高速數據採集系統實現對激波加載顆粒群動態力的直接測量，為後續的研究提供一種好的實驗裝置和測試方法。
文檔編號G01N15/00GK103115853SQ20131003346
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月29日 優先權日2013年1月29日
發明者章利特, 黃保乾, 陳婉君, 施紅輝, 亓洪訓, 張蘋 申請人:浙江理工大學