[实用新型]一种气体射流特性综合测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于流体力学的气体射流测量技术领域，涉及一种气体射流特性综合测量装置。

背景技术

气体射流技术在航空航天、冶金、化工、食品加工领域广泛应用。在冶金领域，气体射流被应用于转炉、电炉冶炼、RH真空精炼等冶金过程，喷吹气体射流冲击到熔池液面引起反应器内熔池的穿透、喷溅、流动等复杂物理现象。在吹炼过程中，喷吹气体射流对熔池液面的冲击力对于熔池内的冶金效率、成渣速率和钢液飞溅情况有较大影响。故而，顶吹装置的喷吹性能测试和喷吹气体射流特性的研究成为顶吹技术研究的重点和难点。鉴于冶炼环境具有高温等特殊条件，无法直接观察、测量喷吹气体射流的流体特性和对熔池液面的物理行为，通常采用冷态试验对气体射流特性进行研究。

皮托管测速法是一种应用较为普遍的气体射流测量方法，将皮托管放入气体射流测量射流中某一点的总压和静压的压差，根据伯努利方程计算得到该点的流体流速，进而测得气体射流的流体特性。但测量超音速射流时，皮托管的置入会造成流场扰动，给测量带来困难。

粒子图像测速(PIV)技术是一种非侵入式流体测量技术，通过在射流中投入示踪粒子，利用图像记录系统(如CCD相机等)记录不同时刻下示踪粒子在流场中的位置，利用图像处理技术计算示踪粒子的位移和速度，从而得到粒子所在位置的流体速度和相关运动参数。

激光相位多普勒粒子分析(PDPA)技术通过在射流中投放示踪粒子，利用多普勒分析仪测量激光照射下示踪粒子散射光的多普勒频移，根据多普勒频移计算粒子速度，进而得到粒子所在位置的流体速度。

实用新型专利申请201410146590.9公开了一种气体喷射流场的测量方法。利用沃拉斯顿棱镜光学元件组成差分干涉测量系统，对测试段空间流场中心剖面成像，采集气流喷射前和气流喷射时任一时刻的带有载波条纹的差分干涉条纹图，进而获得全场的条纹级数分布和流体光学折射率梯度，并同时获得流体的密度梯度场，密度场，温度场，温度梯度场。

实用新型专利申请201510644060.1公开了一种贴壁射流速度场和浓度场的同步测量装置和方法，通过使用PIV相机拍摄贴壁射流中PIV粒子在主气流中的流动轨迹，以及高速CCD摄像机拍摄氧敏涂层壁面随射流中氧浓度变化的显色规律，实现贴壁射流与主气流相互作用过程中速度场和浓度场的同步测量。

文献《喷管性能测试系统开发》公开了一种喷管性能测试系统，该系统利用测压探针、负压传感器、压差传感器、位移电位器等测量喷管前后压力的比值来反映喷管中不同截面处的压力变化，并通过所测压差计算流体流量。

文献《火箭燃气冲击载荷识别平台的设计与研究》公开了一种火箭燃气射流冲击载荷识别的通用测量平台，该系统基于Stewart平台的衍生机构3-(2SPS)并联机构，将一维拉压力传感器通过并联机构组合为六维力测量平台。当测量平台上的被测模型受到冲击载荷时，通过对六根驱动杆上一维拉压力传感器的输出值进行耦合，可测得被测模型所受的力载荷。该系统可直接测量射流的冲击载荷，但存在平台结构复杂、测量系统标定过程困难繁琐的缺点。

文献《顶吹气体平面射流对熔池穿透深度的冷态试验研究》公开了一种测量喷吹射流冲击力的方法，通过测量气体射流对水面的冲击深度，根据冲击深度和水表面张力推导计算喷吹射流冲击力。该方法能较直观地反应气体射流的冲击效果，但仅适用于模型实验，难以实施于实际工程现场喷吹装置的射流特性评价，且存在推导计算过程繁琐、无法描述射流发散程度等其他射流特性等缺点。

现有的气体射流测量技术大部分通过测量射流流速描述气体射流的流场特性，无法多维度综合描述射流装置或喷头性能，并存在测试系统复杂、成本高昂、计算推导过程繁琐等缺点，且难以在实际工程现场实施、测量评价喷吹装置的射流特性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种一种气体射流特性综合测量装置。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种气体射流特性综合测量装置，包括气体射流发生装置和测试数据实时采集系统；所述测试数据实时采集系统包括气体管道压力实时采集装置、气体管道流量实时采集装置、气体射流喷吹力实时采集装置、采集模块以及计算机，所述气体射流喷吹力实时采集装置正对气体射流发生装置设置并可相对气体射流发生装置移动，所述气体管道压力实时采集装置、气体管道流量实时采集装置设置在气体射流发生装置的气体通道入口处，所述气体射流喷吹力实时采集装置、气体管道压力实时采集装置、气体管道流量实时采集装置均通过采集模块连接计算机。