[发明专利]一种常温环境下制备冰晶的装置及方法

说明书

本发明公开了一种常温环境下制备冰晶的装置及方法，包括研磨室、研磨盘、转轴、电机、吹冰管道、风机和用于测量研磨室内温度的测温仪；研磨盘至少有两个，研磨盘竖向平行设置在研磨室内；电机通过转轴与研磨盘连接，使相邻两个研磨盘相对旋转；研磨室上设置有用于装入冰块的装冰口、落冰口和固态CO₂进气口，所述落冰口与吹冰管道连接，风机设置在吹冰管道末端。本发明在常温环境中采用研磨方式制备冰晶，用CO₂固态升华将冰块研磨产生的热量带走，控制研磨室内的温度为‑20℃至‑40℃可制得冰晶，节约了成本；且冰晶形状、粒径较为多样，更符合实际情况。

技术领域

本发明属于航空发动机结冰技术领域，具体涉及一种常温环境下制备冰晶的装置及方法。

背景技术

海拔6700m以上具有强对流特性的云层中存在冰晶，含有冰晶的区域，冰晶含量能够达到9g/m³，平均粒径在200μm以下。冰晶相对于传统的过冷水滴，含量更高，粒径较大，容易导致发动机低压压气机甚至高压压气机前几级、传感器等热表面结冰，给飞行安全带来巨大的隐患。因此，在2015年FAA正式发布了33-34号修正案，提出了冰晶气象条件下的适航要求。目前我国也在大力推进冰晶气象条件下的适航符合性验证研究。但是由于冰晶存在条件苛刻，在常温环境中如何简单快速地制备冰晶成为发动机吸入冰晶地面模拟试验中的难点。

目前冰晶制备的方法主要有：一、在冰风洞的基础上，利用喷嘴喷出水雾遇冷冻结形成球形粒子，这一方法需要有冰风洞，并且生成的冰晶形状单一、粒径较小；二、先在低温下生成冰块，然后利用旋转机械切割出碎冰粒，这样生成的粒子形状较不规则且体积较大；三、在冰风洞中首先用超声雾化器产生均匀雾滴，然后通过小型风扇转移到云室，在云室内通过压缩机的脉冲工作生成小冰晶，冰晶不断产生并在云室的底部沉积，最后将收集到的冰晶放在零下60℃的冰箱中储存。这些方法首先都需要冰风洞作为平台，前期需要大量的投入和建设。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种常温环境下制备冰晶的装置及方法，以解决现有冰晶制备方法存在的气象条件模拟难度大、成本高、冰晶形状粒径单一、所得冰晶直径大小不便于控制的问题。

本发明具体采用如下技术方案予以实现：

一种常温环境下制备冰晶的装置，包括研磨室、研磨盘、转轴、电机、吹冰管道、风机和用于测量研磨室内温度的测温仪；所述研磨盘至少有两个，所述研磨盘竖向平行设置在研磨室内；所述电机通过转轴与研磨盘连接，使相邻两个研磨盘相对旋转；所述研磨室上设置有用于装入冰块的装冰口、落冰口和固态CO₂进气口，所述落冰口与吹冰管道连接，所述风机设置在吹冰管道末端。

优选的，所述研磨盘为圆环形盘体，盘体表面设置有螺旋齿；所述转轴包括中心轴和外部套杆，所述中心轴上设置有螺旋槽，外部套杆为中空杆，套设在所述中心轴上，外部套杆上设置有窗口，所述窗口与装冰口连通；其中一个研磨盘固定在研磨室内，所述中心轴一端穿过该固定的研磨盘的中心后与另一个研磨盘连接，中心轴另一端与电机连接。

优选的，所述研磨室上设置有调节按钮，用于调节两个研磨盘之间的距离。

进一步的，还包括支撑台，所述研磨室通过悬臂悬空连接在支撑台上，所述电机连接在支撑台台面上。

本发明还公开了一种常温环境下制备冰晶的方法，采用本发明记载的常温环境下制备冰晶的装置制备，具体的制备方法包括：

步骤1，启动电机和风机运行，研磨盘开始转动；根据所需冰晶尺寸调节相邻两个研磨盘之间的距离；

步骤2，向研磨室内通入CO₂，同时用测温仪检测研磨室内的温度，待研磨室内温度稳定在-20℃至-40℃后，向研磨室内匀速加入冰块，冰块经研磨盘磨粉碎后形成冰晶落入吹冰管道中，经风机吹出吹冰管道。

优选的，所述冰块的尺寸为5～10mm。