一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可拆裝式低溫液體空化試驗(yàn)段，屬于流體機(jī)械工程、低溫工程和航天工程技術(shù)領(lǐng)域。溫度傳感器和壓力傳感器通過安裝孔安裝在流道下面板上；流道下面板通過基礎(chǔ)流道下方的槽口與基礎(chǔ)流道內(nèi)部管道接觸連接，然后通過壓緊墊片固定連接在基礎(chǔ)流道上；可視化觀察窗置于基礎(chǔ)流道上方的槽口處，兩個(gè)緩沖墊片分別安裝在可視化觀察窗兩側(cè)；連接卡口固定連接在基礎(chǔ)流道的上方；基礎(chǔ)流道兩側(cè)安裝有法蘭盤；本發(fā)明采用多個(gè)部件裝配而成，結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)件少，相比完全由玻璃材質(zhì)制成的一體式可視化試驗(yàn)段，大大降低了成本，并且拆裝方便，拆裝過程不易造成試驗(yàn)段的損壞。
【專利說明】
一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種空化試驗(yàn)裝置，尤其涉及一種可拆裝式低溫液體空化試驗(yàn)段，屬于流體機(jī)械工程、低溫工程和航天工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)一定溫度的液體內(nèi)部局部壓力降低到液體飽和蒸汽壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生汽化現(xiàn)象，同時(shí)溶解于液體中的氣體也會(huì)析出，形成汽泡(又稱空泡、空穴)，當(dāng)汽泡隨液流運(yùn)動(dòng)到壓力較高的地方后，泡內(nèi)的蒸汽重新凝結(jié)，汽泡潰滅。這種液流內(nèi)的空泡產(chǎn)生、發(fā)展、潰滅的過程，以及由此產(chǎn)生的一系列物理和化學(xué)變化過程稱為空化?？栈陌l(fā)生往往會(huì)導(dǎo)致機(jī)器效率下降并引起振動(dòng)、噪聲和材料表面破壞等問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使機(jī)器不能正常工作。
[0003]通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點(diǎn)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(zhì)，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(zhì)屬性，其空化及空化流動(dòng)這種復(fù)雜的物理化學(xué)過程一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。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(jié)冰，覆蓋在容器表面，這給低溫液體的空化流動(dòng)觀察和測量帶來了諸多難題。
[0004]實(shí)驗(yàn)人員在進(jìn)行低溫液體空化流動(dòng)的觀測試驗(yàn)時(shí)，通常采用結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，操作方便的壓力暫沖式試驗(yàn)裝置使低溫液體在特定的試驗(yàn)段內(nèi)流動(dòng)。通過對試驗(yàn)段進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，就能使流經(jīng)試驗(yàn)段的低溫液體發(fā)生空化現(xiàn)象，并對空化流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行觀測，進(jìn)而研究低溫液體的空化流動(dòng)特性。
[0005]經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號(hào):CN104535292A，專利名稱:一種低溫液體空化實(shí)驗(yàn)裝置，公開了一種低溫液體空化實(shí)驗(yàn)裝置并采用石英玻璃加工而成的收縮擴(kuò)張方形管道試驗(yàn)段，在試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)段喉口處會(huì)發(fā)生空化現(xiàn)象且空穴會(huì)在試驗(yàn)段下壁面附著發(fā)展，則石英玻璃下壁面的溫度、壓力傳感器，連同高速相機(jī)及PIV等設(shè)備就能夠同步獲取空化的溫度、壓力、圖像和速度等流場數(shù)據(jù)。然而，該石英玻璃方管為一體加工成型，抗彎抗扭強(qiáng)度較差，且玻璃法蘭盤需要與前后裝置的不銹鋼法蘭盤連接，在試驗(yàn)段拆裝及試驗(yàn)過程中極易損壞，不僅容易導(dǎo)致試驗(yàn)無法進(jìn)行，同時(shí)存在著極大的安全隱患。石英玻璃或有機(jī)玻璃制成的文丘里管也通常被作為低溫液體空化流動(dòng)的可視化試驗(yàn)段，如:1、文氏管中低溫流體汽蝕過程可視化實(shí)驗(yàn)研究，《低溫工程，2015，(06):56-61》;2、一種自密封低溫流體可視化裝置，《中國專利公開號(hào):CN104879583A))。用文丘里玻璃管作為可視化試驗(yàn)段的優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡單易加工，抗彎抗扭強(qiáng)度高，在拆裝及試驗(yàn)過程中不宜損壞。而其突出的缺點(diǎn)是，很難在圓管壁面上打孔布置壓力及溫度傳感器，即便傳感器成功布置到壁面上，由于文丘里管的流動(dòng)特點(diǎn)，試驗(yàn)段內(nèi)產(chǎn)生的空穴只會(huì)在管道中心流動(dòng)而不會(huì)在管壁附著，則傳感器也無法測量到空穴內(nèi)部的壓力和溫度。另一突出缺點(diǎn)是，對于圓形玻璃管，高速相機(jī)拍攝到的圖片需要進(jìn)行透射光路換算才能得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，增加了試驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理的難度。
[0006]同時(shí)，上述試驗(yàn)段均存在著拆裝易損和更換不方便的問題。首先，每次拆裝過程都必須十分小心，很有可能造成玻璃試驗(yàn)段的損壞。然后，若想要采用不同幾何尺寸的試驗(yàn)段進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，則只能重新加工整個(gè)試驗(yàn)段，需要花費(fèi)較大的財(cái)力和人力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段。該試驗(yàn)段能更好地實(shí)現(xiàn)低溫液體空化流動(dòng)的觀察和測量，拆裝和試驗(yàn)過程便捷可靠，試驗(yàn)段更換成本低。
[0008]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0009]—種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，由基礎(chǔ)流道、流道下面板、可視化觀察窗、緩沖墊片、壓緊墊片、法蘭盤、溫度傳感器和壓力傳感器組成。
[0010]連接關(guān)系:溫度傳感器和壓力傳感器通過安裝孔安裝在流道下面板上;流道下面板通過基礎(chǔ)流道下方的槽口與基礎(chǔ)流道內(nèi)部管道接觸連接，然后通過壓緊墊片固定連接在基礎(chǔ)流道上；可視化觀察窗置于基礎(chǔ)流道上方的槽口處，兩個(gè)緩沖墊片分別安裝在可視化觀察窗兩側(cè);連接卡口固定連接在基礎(chǔ)流道的上方;基礎(chǔ)流道兩側(cè)安裝有法蘭盤；
[0011]基礎(chǔ)流道為具有寬度的方形管道，基礎(chǔ)流道的下方和上方均開有槽口，以便與其他部件裝配;流道下面板是由流道下面板凸臺(tái)、流道下面板密封臺(tái)與流道下面板底座一體成型得到的；所述流道下面板凸臺(tái)分為前端、中間段、后端，位于流道下面板底座上的前端和后端的高度與基礎(chǔ)流道的下方的壁厚相同；中間段帶有梯度變化，進(jìn)而形成一個(gè)最高點(diǎn)；流道下面板凸臺(tái)加上流道下面板密封臺(tái)形成的最大高度需小于基礎(chǔ)流道內(nèi)部管道的高度加上基礎(chǔ)流道的下方的壁厚的總高度;所述流道下面板凸臺(tái)的寬度與基礎(chǔ)流道內(nèi)部管道的寬度相同；流道下面板底座的寬度和長度大于流道下面板密封臺(tái)的寬度和長度，流道下面板密封臺(tái)的寬度和長度大于流道下面板凸臺(tái)的寬度和長度;流道下面板凸臺(tái)的前端處開設(shè)通孔，用于安裝溫度傳感器和壓力傳感器;流道下面板凸臺(tái)的中間段與可視化觀察窗形成喉口，在喉口的擴(kuò)張段對應(yīng)的流道下面板凸臺(tái)上開設(shè)通孔，用于安裝溫度傳感器和壓力傳感器；
[0012]可視化觀察窗與緩沖墊片的橫截面均為凹字形結(jié)構(gòu)且形狀與尺寸相同，橫截面對應(yīng)的尺寸與基礎(chǔ)流道上方的槽口的橫截面尺寸相同；可視化觀察窗與緩沖墊片的長度之和與基礎(chǔ)流道上方的槽口的長度相同；用于填充低溫膠，達(dá)到良好的密封效果；
[0013]還包括連接卡口，連接卡口固定連接在基礎(chǔ)流道的上方，一端與基礎(chǔ)流道接觸連接，另一端與可視化觀察窗與緩沖墊片接觸連接；以防止試驗(yàn)過程中可視化觀察窗或緩沖墊片在壓力作用下飛出造成危險(xiǎn)；
[0014]所述流道下面板是由流道下面板凸臺(tái)、流道下面板密封臺(tái)與流道下面板底座一體成型得到的；流道下面板密封臺(tái)位于流道下面板凸臺(tái)與流道下面板底座之間；流道下面板凸臺(tái)的長度和寬度與基礎(chǔ)流道下方的內(nèi)側(cè)槽口的長度和寬度相同；流道下面板密封臺(tái)的長度、寬度和高度與基礎(chǔ)流道下方的外側(cè)槽口的長度、寬度和高度相同；進(jìn)而配合低溫膠達(dá)到密封的效果。
[0015]所述的可視化觀察窗與緩沖墊片的側(cè)壁上開設(shè)凹槽，用于填充低溫膠，達(dá)到良好的密封效果；
[0016]所述基礎(chǔ)流道、法蘭盤和壓緊墊片均采用不銹鋼材質(zhì)；
[0017]所述可視化觀察窗采用透明高硼硅玻璃材質(zhì)；
[0018]所述流道下面板、緩沖墊片和連接卡口均采用聚四氟乙烯材質(zhì)；
[0019]作為優(yōu)選，所述流道下面板采用暖色的聚四氟乙烯材料，如紅色、橘黃色等；
[0020]作為優(yōu)選，所述試驗(yàn)段內(nèi)部管道喉口高度H2是出(入)口高度Hl的0.01-0.1。
[0021]作為優(yōu)選，可視化觀察窗長度LI根據(jù)試驗(yàn)觀察需要確定，緩沖墊片長度L2根據(jù)試驗(yàn)段內(nèi)低溫液體溫度和材料的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行變形協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)后計(jì)算得到。
[0022]作為優(yōu)選，為保證可視化觀察窗高度方向上與基礎(chǔ)流道的變形協(xié)調(diào)，所述可視化觀察窗高度H3小于25mm。
[0023]作為優(yōu)選，為保證試驗(yàn)段寬度方向上的變形協(xié)調(diào)，所述試驗(yàn)段外圍寬度Wl小于25mm ο
[0024]作為優(yōu)選，為保證流道下面板上傳感器的安裝，所述試驗(yàn)段內(nèi)部管道的寬度W2大于 5mm ο
[0025]安裝過程:將壓力和溫度傳感器的探頭從流道下面板底座的下表面插入，探頭與流道下面板凸臺(tái)的上表面平齊，在流道下面板底座的下表面?zhèn)鞲衅靼惭b孔處通過低溫膠將傳感器安裝孔密封;流道下面板凸臺(tái)的前端為來流方向的一側(cè)，流道下面板密封臺(tái)與基礎(chǔ)流道下方的外側(cè)槽口裝配連接處首先通過低溫膠進(jìn)行密封粘接，粘接步驟嚴(yán)格按照低溫膠的粘接工藝進(jìn)行，然后將壓緊墊片壓在流道下面板底座的下表面，通過螺栓將流道下面板底座與基礎(chǔ)流道連接固定;可視化觀察窗兩側(cè)通過低溫膠各粘接一塊緩沖墊片，然后再通過低溫膠將可視化觀察窗、緩沖墊片與基礎(chǔ)流道上方槽口進(jìn)行密封粘接;流道下面板凸臺(tái)的寬度，可視化觀察窗與緩沖墊片內(nèi)槽道的寬度與基礎(chǔ)流道內(nèi)部管道的寬度保持一致，由此，形成一段完全封閉的方形管道；
[0026]可視化觀察窗的長度LI根據(jù)試驗(yàn)工況觀察需要來確定，覆蓋流道擴(kuò)張段空化發(fā)生和發(fā)展的區(qū)域;緩沖墊片長度L2根據(jù)試驗(yàn)段內(nèi)低溫液體溫度與室溫的溫差，材料的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行溫度變形協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)后計(jì)算得到，如低溫液體的溫度與室溫的溫差為A T，可視化觀察窗材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)為al，緩沖墊片材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)為a2，基礎(chǔ)流道材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)為a3，則基礎(chǔ)流道上方槽口處的長度方向在低溫液體流過時(shí)存在變形協(xié)調(diào)問題，可由公式(I)計(jì)算得到:
[0027](alXLl+2Xa2XL2)X Δ T = a3X (Ll+2XL2) X ΔΤ(I)
[0028]連接卡口通過螺母輕壓在可視化觀察窗和緩沖墊片上方，防止可視化觀察窗和緩沖墊片在高壓作用下脫離飛出造成危險(xiǎn)；基礎(chǔ)流道兩端與法蘭盤裝配連接后通過焊接固定，以便所述試驗(yàn)段與試驗(yàn)裝置前后管道連接。
[0029]工作過程:所述試驗(yàn)段按照上述步驟安裝完畢后通過法蘭盤安裝在低溫液體空化實(shí)驗(yàn)裝置上(中國專利公開號(hào):CN104535292A)，低溫液體以一定的速度和壓力流過試驗(yàn)段，在試驗(yàn)段內(nèi)部管道喉口處由于流速增加壓力降低而發(fā)生空化現(xiàn)象，配合實(shí)驗(yàn)裝置的采集系統(tǒng)，就能在所述試驗(yàn)段處同步采集壓力、溫度、速度以及圖像等空化流動(dòng)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對低溫液體空化流動(dòng)特性開展深入研究。
[0030]階段性試驗(yàn)完畢后，若想對試驗(yàn)段傳感器進(jìn)行更換或者想要更換不同的幾何模型進(jìn)行試驗(yàn)，則只需要將流道下面板拆下更換傳感器或者再加工一個(gè)不同幾何尺寸的流道下面板按照上述安裝步驟重新安裝完畢后即可開展新一組試驗(yàn)，整個(gè)更換過程方便快捷，并且不易對試驗(yàn)段造成損壞，節(jié)約了大量的財(cái)力和人力。
[0031]有益效果
[0032]1、本發(fā)明的一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，采用多個(gè)部件裝配而成，結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)件少，相比完全由玻璃材質(zhì)制成的一體式可視化試驗(yàn)段，大大降低了成本，并且拆裝方便，拆裝過程不易造成試驗(yàn)段的損壞。
[0033]2、本發(fā)明的一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，能夠快速便捷地更換測量所用傳感器和流道的幾何結(jié)構(gòu)，同時(shí)大大降低了更換流道幾何結(jié)構(gòu)的成本。
[0034]3、本發(fā)明的一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，不同于傳統(tǒng)的文丘里管試驗(yàn)段，能夠?qū)崿F(xiàn)低溫液體空化流動(dòng)區(qū)域的壓力、溫度、速度以及空化圖像等空化流動(dòng)數(shù)據(jù)的同步測量。
【附圖說明】
[0035]圖1為一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段內(nèi)部示意圖；
[0036]圖2為一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段三維示意圖1;
[0037]圖3為一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段三維示意圖2;
[0038]圖4為基礎(chǔ)流道三維示意圖；
[0039]圖5為基礎(chǔ)流道內(nèi)部示意圖；
[0040]圖6為流道下面板三維示意圖；
[0041 ]圖7為可視化觀察窗三維示意圖；
[0042]圖8為緩沖墊片三維示意圖。
[0043]其中，I一基礎(chǔ)流道、2—緩沖墊片、3—可視化觀察窗、4一連接卡口、5—法蘭盤、6—流道下面板、7—壓緊墊片、601—流道下面板凸臺(tái)、602—流道下面板密封臺(tái)、603—流道下面板底座。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0045]實(shí)施例1
[0046]如圖1-3所示，一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，由基礎(chǔ)流道1、流道下面板6、可視化觀察窗3、緩沖墊片2、壓緊墊片7、法蘭盤5、溫度傳感器和壓力傳感器組成。
[0047]連接關(guān)系:溫度傳感器和壓力傳感器通過安裝孔安裝在流道下面板6上;流道下面板6通過基礎(chǔ)流道I下方的槽口與基礎(chǔ)流道I內(nèi)部管道接觸連接;然后通過壓緊墊片7固定連接在基礎(chǔ)流道I上；可視化觀察窗3置于基礎(chǔ)流道I上方的槽口處，兩個(gè)緩沖墊片2分別安裝在可視化觀察窗3兩側(cè);連接卡口 4固定連接在基礎(chǔ)流道I的上方;基礎(chǔ)流道I兩側(cè)安裝有法蘭盤5;
[0048]如圖4、圖5所示，基礎(chǔ)流道I為具有寬度的方形管道，基礎(chǔ)流道I的下方和上方均開有槽口，以便與其他部件裝配；
[0049]如圖6所示，流道下面板6是由流道下面板凸臺(tái)601、流道下面板密封臺(tái)602與流道下面板底座603—體成型得到的；所述流道下面板凸臺(tái)601分為前端、中間段、后端，位于流道下面板底座603上的前端和后端的高度與基礎(chǔ)流道I的下方的壁厚相同；中間段帶有梯度變化，進(jìn)而形成一個(gè)最高點(diǎn)；流道下面板凸臺(tái)601加上流道下面板密封臺(tái)602形成的最大高度需小于基礎(chǔ)流道I內(nèi)部管道的高度加上基礎(chǔ)流道I的下方的壁厚的總高度;所述流道下面板凸臺(tái)601的寬度與基礎(chǔ)流道I內(nèi)部管道的寬度相同；流道下面板底座603的寬度和長度大于流道下面板密封臺(tái)602的寬度和長度，流道下面板密封臺(tái)602的寬度和長度大于流道下面板凸臺(tái)601的寬度和長度;流道下面板凸臺(tái)601的前端處開設(shè)通孔，用于安裝溫度傳感器和壓力傳感器;流道下面板凸臺(tái)601的中間段與可視化觀察窗3形成喉口，在喉口的擴(kuò)張段對應(yīng)的流道下面板凸臺(tái)601上開設(shè)通孔，用于安裝溫度傳感器和壓力傳感器；
[0050]如圖7、圖8所示，可視化觀察窗3與緩沖墊片2的橫截面均為凹字形結(jié)構(gòu)且形狀與尺寸相同，橫截面對應(yīng)的尺寸與基礎(chǔ)流道I上方的槽口的橫截面尺寸相同；可視化觀察窗3與緩沖墊片2的長度之和與基礎(chǔ)流道I上方的槽口的長度相同；
[0051 ]如圖1-3所示，還包括連接卡口 4，連接卡口 4固定連接在基礎(chǔ)流道I的上方，一端與基礎(chǔ)流道I接觸連接，另一端與可視化觀察窗3與緩沖墊片2接觸連接；以防止試驗(yàn)過程中可視化觀察窗3或緩沖墊片2在壓力作用下飛出造成危險(xiǎn)；
[0052]如圖6所示，所述流道下面板6是由流道下面板凸臺(tái)601、流道下面板密封臺(tái)602與流道下面板底座603—體成型得到的；流道下面板密封臺(tái)602位于流道下面板凸臺(tái)601與流道下面板底座603之間；流道下面板凸臺(tái)601的長度和寬度與基礎(chǔ)流道I下方的內(nèi)側(cè)槽口的長度和寬度相同；流道下面板密封臺(tái)602的長度、寬度和高度與基礎(chǔ)流道I下方的外側(cè)槽口的長度、寬度和高度相同；進(jìn)而配合低溫膠達(dá)到密封的效果。
[0053]如圖7、圖8所示，所述的可視化觀察窗3與緩沖墊片2的側(cè)壁上開設(shè)凹槽，用于填充低溫膠，達(dá)到良好的密封效果；
[0054]所述基礎(chǔ)流道1、法蘭盤5和壓緊墊片7均采用不銹鋼材質(zhì)；所述可視化觀察窗3采用透明高硼硅玻璃材質(zhì);所述流道下面板6采用紅色的聚四氟乙烯材料以便空化圖像拍攝；所述緩沖墊片2和連接卡口 4均采用普通白色聚四氟乙烯材料;所述試驗(yàn)段內(nèi)部管道喉口高度H2為2mm;所述試驗(yàn)段內(nèi)部管道出(入)口高度Hl為20mm;所述可視化觀察窗3的高度H3為10mm，長度LI為60_;所述緩沖墊片2的高度H3為10_，長度L2根據(jù)試驗(yàn)段內(nèi)低溫液體溫度和材料的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行變形協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)后計(jì)算得到;所述基礎(chǔ)流道I外圍寬度Wl為20_，內(nèi)部管道寬度為5mm。
[0055]所述試驗(yàn)段內(nèi)部管道流動(dòng)的低溫液體為溫度為77K的液氮，液氮在試驗(yàn)裝置形成的壓差作用下，從所述試驗(yàn)段入口流入，出口流出。
[0056]具體安裝過程如下:
[0057]首先，將壓力和溫度傳感器的探頭從流道下面板底座603的下表面插入，探頭與流道下面板凸臺(tái)601的上表面平齊，在流道下面板底座603的下表面?zhèn)鞲衅靼惭b孔處通過上海合成樹脂研究所生產(chǎn)的低溫膠DW-3將傳感器安裝孔密封;流道下面板凸臺(tái)601的前端為來流方向的一側(cè)，流道下面板密封臺(tái)602與基礎(chǔ)流道I下方的外側(cè)槽口裝配連接處首先通過低溫膠DW-3進(jìn)行密封粘接，粘接步驟包括:(I)先用“O”號(hào)砂紙打磨再經(jīng)硫酸-重鉻酸鉀溶液處理粘接表面，沖洗干凈后烘干。(2)將低溫膠用涂膠棒均勻涂于基礎(chǔ)流道I下方的外側(cè)槽口與流道下面板密封臺(tái)602的裝配連接處。(3)將壓緊墊片7壓在流道下面板底座603的下表面，通過螺栓將流道下面板底座603與基礎(chǔ)流道I連接固定，在100 °C的烘箱內(nèi)固化2小時(shí)。
[0058]可視化觀察窗3的兩側(cè)通過低溫膠DW-3各粘接一塊緩沖墊片2，然后再通過低溫膠將可視化觀察窗3、緩沖墊片2與基礎(chǔ)流道I的上方槽口進(jìn)行密封粘接，粘接步驟同樣嚴(yán)格遵循低溫膠的粘接工藝，可視化觀察窗3和緩沖墊片2在結(jié)構(gòu)上均挖有一條凹槽，在凹槽內(nèi)填充低溫膠以實(shí)現(xiàn)良好的密封效果;流道下面板凸臺(tái)601的寬度，可視化觀察窗3和緩沖墊片2的內(nèi)槽道的寬度與基礎(chǔ)流道I的內(nèi)部管道的寬度一致，由此，形成一段完全封閉的方形管道；
[0059]液氮的溫度77K與室溫298K的溫差ΔΤ為221K;通過材料手冊可以查到，可視化觀察窗3高硼硅玻璃的熱膨脹系數(shù)al為3.3X10~—6(K—0，緩沖墊片2聚四氟乙烯的熱膨脹系數(shù)a2為100 X 10~—6(K—O，基礎(chǔ)流道I不銹鋼的熱膨脹系數(shù)a3為16 X 10~—6(K—O，則基礎(chǔ)流道I上方槽口處的長度方向在液氮流過時(shí)存在變形協(xié)調(diào)問題，可由公式(I)計(jì)算得到:
[0060](alXLl+2Xa2XL2)X Δ T = a3 X (Ll+2 X L2) X ΔΤ (I)
[0061]根據(jù)試驗(yàn)工況觀察需要確定可視化觀察窗3的長度LI為60mm，則緩沖墊片2的長度L2為4.5mm，基礎(chǔ)流道I的上方槽口的長度為69mm，可視化觀察窗3、緩沖墊片2和基礎(chǔ)流道I之間的配合公差可通過低溫膠DW-3進(jìn)行補(bǔ)償。
[0062]連接卡口 4通過螺母輕壓在可視化觀察窗3和緩沖墊片2的上方，防止可視化觀察窗3和緩沖墊片2在高壓作用下脫離飛出造成危險(xiǎn);基礎(chǔ)流道I的兩端與法蘭盤5裝配連接后通過焊接固定，以便所述試驗(yàn)段與試驗(yàn)裝置前后管道連接。
[0063]具體工作過程如下:
[0064]所述試驗(yàn)段按照上述步驟安裝完畢后通過法蘭盤5安裝在低溫液體空化實(shí)驗(yàn)裝置上(中國專利公開號(hào):CN104535292A)，77K的液氮在試驗(yàn)裝置形成的壓差作用下，以一定的溫度、速度和壓力流過試驗(yàn)段，在試驗(yàn)段內(nèi)部管道的喉口處由于流速增加壓力降低而發(fā)生空化現(xiàn)象，配合實(shí)驗(yàn)裝置的采集系統(tǒng)，就能在所述試驗(yàn)段處同步采集壓力、溫度、速度以及圖像等空化流動(dòng)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對液氮空化流動(dòng)特性開展深入研究。
[0065]階段性試驗(yàn)完畢后，若想對試驗(yàn)段傳感器進(jìn)行更換或者想要更換不同的幾何模型進(jìn)行試驗(yàn)，則只需要將流道下面板6拆下更換傳感器或者再加工一個(gè)不同幾何尺寸的流道下面板6按照上述安裝步驟重新安裝完畢后即可開展新一組試驗(yàn)，整個(gè)更換過程方便快捷，并且不易對試驗(yàn)段造成損壞，節(jié)約了大量的財(cái)力和人力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，其特征在于:由基礎(chǔ)流道(I)、流道下面板(6)、可視化觀察窗(3)、緩沖墊片(2)、壓緊墊片(7)、法蘭盤(5)、溫度傳感器和壓力傳感器組成； 溫度傳感器和壓力傳感器通過安裝孔安裝在流道下面板(6)上;流道下面板(6)通過基礎(chǔ)流道(I)下方的槽口與基礎(chǔ)流道(I)內(nèi)部管道接觸連接，然后通過壓緊墊片(7)固定連接在基礎(chǔ)流道(I)上；可視化觀察窗(3)置于基礎(chǔ)流道(I)上方的槽口處，兩個(gè)緩沖墊片(2)分別安裝在可視化觀察窗(3)兩側(cè);連接卡口(4)固定連接在基礎(chǔ)流道(I)的上方;基礎(chǔ)流道(I)兩側(cè)安裝有法蘭盤(5); 基礎(chǔ)流道(I)為具有寬度的方形管道，基礎(chǔ)流道(I)的下方和上方均開有槽口，以便與其他部件裝配;流道下面板(6)是由流道下面板凸臺(tái)(601)、流道下面板密封臺(tái)(602)與流道下面板底座(603)—體成型得到的；所述流道下面板凸臺(tái)(601)分為前端、中間段、后端，位于流道下面板底座(603)上的前端和后端的高度與基礎(chǔ)流道(I)的下方的壁厚相同；中間段帶有梯度變化，進(jìn)而形成一個(gè)最高點(diǎn)；流道下面板凸臺(tái)(601)加上流道下面板密封臺(tái)(602)形成的最大高度需小于基礎(chǔ)流道(I)內(nèi)部管道的高度加上基礎(chǔ)流道(I)的下方的壁厚的總高度;所述流道下面板凸臺(tái)(601)的寬度與基礎(chǔ)流道(I)內(nèi)部管道的寬度相同；流道下面板底座(603)的寬度和長度大于流道下面板密封臺(tái)(602)的寬度和長度，流道下面板密封臺(tái)(602)的寬度和長度大于流道下面板凸臺(tái)(601)的寬度和長度;流道下面板凸臺(tái)(601)的前端處開設(shè)通孔，用于安裝溫度傳感器和壓力傳感器;流道下面板凸臺(tái)(601)的中間段與可視化觀察窗(3)形成喉口，在喉口的擴(kuò)張段對應(yīng)的流道下面板凸臺(tái)(601)上開設(shè)通孔，用于安裝溫度傳感器和壓力傳感器。2.如權(quán)利要求1所述的一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，其特征在于:所述的可視化觀察窗(3)與緩沖墊片(2)的橫截面均為凹字形結(jié)構(gòu)且形狀與尺寸相同，橫截面對應(yīng)的尺寸與基礎(chǔ)流道(I)上方的槽口的橫截面尺寸相同；可視化觀察窗(3)與緩沖墊片(2)的長度之和與基礎(chǔ)流道(I)上方的槽口的長度相同。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，其特征在于:還包括連接卡口(4)，連接卡口(4)固定連接在基礎(chǔ)流道(I)的上方，一端與基礎(chǔ)流道(I)接觸連接，另一端與可視化觀察窗(3)與緩沖墊片(2)接觸連接。4.如權(quán)利要求1所述的一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，其特征在于:所述流道下面板(6)是由流道下面板凸臺(tái)(601)、流道下面板密封臺(tái)(602)與流道下面板底座(603)—體成型得到的；流道下面板密封臺(tái)(602)位于流道下面板凸臺(tái)(601)與流道下面板底座(603)之間；流道下面板凸臺(tái)(601)的長度和寬度與基礎(chǔ)流道(I)下方的內(nèi)側(cè)槽口的長度和寬度相同；流道下面板密封臺(tái)(602)的長度、寬度和高度與基礎(chǔ)流道(I)下方的外側(cè)槽口的長度、寬度和高度相同。5.如權(quán)利要求1或2所述的一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，其特征在于:所述的可視化觀察窗(3)與緩沖墊片(2)的側(cè)壁上開設(shè)凹槽。6.如權(quán)利要求1或2或4所述的一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，其特征在于:所述基礎(chǔ)流道(1)、法蘭盤(5)和壓緊墊片(7)均采用不銹鋼材質(zhì);所述可視化觀察窗(3)采用透明高硼硅玻璃材質(zhì);所述流道下面板(6)、緩沖墊片(2)和連接卡口(4)均采用聚四氟乙烯材質(zhì);所述流道下面板(6)采用暖色的聚四氟乙烯材料，如紅色、橘黃色。7.如權(quán)利要求1或2或4所述的一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，其特征在于:所述試驗(yàn)段內(nèi)部管道喉口高度H2是出入口高度Hl的0.01-0.1。8.如權(quán)利要求1或2或4所述的一種可拆裝式低溫液體空化流動(dòng)觀測試驗(yàn)段，其特征在于:所述可視化觀察窗(3)高度H3小于25mm;所述試驗(yàn)段外圍寬度Wl小于25mm;所述試驗(yàn)段內(nèi)部管道的寬度W2大于5mm。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK106053015SQ201610382316
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】王國玉, 陳泰然, 黃彪, 張敏弟, 劉影, 高德明
【申請人】北京理工大學(xué)