[发明专利]包覆碳烟颗粒异质成核冰晶在压气机静叶二次结冰试验装置及方法

权利要求书

1.一种包覆碳烟颗粒异质成核冰晶在压气机静叶二次结冰试验装置，其特征在于：包括碳烟颗粒分散液容器、液体雾化器、干燥器、供气机组、粒径筛分仪、混合容器、可挥发性物质发生器、阀门、高空环境舱、低温空调系统、湿度调节系统、压强调节系统、压气机静叶结冰试验箱、加热系统、高速相机一、高速相机二、排气系统；其中，所述碳烟颗粒分散液容器用于盛放碳烟颗粒分散液；所述液体雾化器用于产生雾化液滴；所述干燥器用于干燥雾化液滴，形成干燥的碳烟颗粒；所述供气机组为干燥后的碳烟颗粒提供驱动气流，使碳烟颗粒随气流进入所述粒径筛分仪；所述粒径筛分仪对碳烟颗粒进行筛分，选出粒径适合的碳烟颗粒；筛选后的碳烟颗粒随气流进入所述混合容器中；所述可挥发性物质发生器用于产生包覆碳烟颗粒所需的可挥发性物质；所述阀门的开关决定可挥发性物质是否能够进入所述混合容器；碳烟颗粒和可挥发性物质在所述混合容器中充分混合，并产生包覆碳烟颗粒；所述供气机组同时为所述高空环境舱提供所需流量的压缩空气；所述高空环境舱用于再现7km以上高空的环境条件，所述低温空调系统、湿度调节系统、压强调节系统分别用于所述高空环境舱内温度、湿度、压强条件的模拟；所述压气机静叶结冰试验箱用于固定航空发动机压气机静叶模拟件，所述加热系统用于模拟气流在压气机内的升温过程；所述高速相机一、高速相机二分别用于观测包覆碳烟颗粒异质成冰过程和冰晶在压气机静叶的二次结冰过程；所述排气系统用于将所述高空环境舱中的气体排出。

2.根据权利要求1所述的一种包覆碳烟颗粒异质成核冰晶在压气机静叶二次结冰试验装置，其特征在于：所述粒径筛分仪将空气动力学直径超过1μm的大碳烟颗粒除去，仅使得空气动力学直径小于1μm的碳烟颗粒随气流进入所述混合容器。

3.根据权利要求1所述的一种包覆碳烟颗粒异质成核冰晶在压气机静叶二次结冰试验装置，其特征在于：所述高空环境舱一侧带有玻璃观察窗。

4.根据权利要求1所述的一种包覆碳烟颗粒异质成核冰晶在压气机静叶二次结冰试验装置，其特征在于：所述低温空调系统可使高空环境舱的最低温度达到180K，所述压强调节系统可使所述高空环境舱的最低压强达到200hPa。

5.根据权利要求1所述的一种包覆碳烟颗粒异质成核冰晶在压气机静叶二次结冰试验装置，其特征在于：所述压气机静叶结冰试验箱用于固定航空发动机压气机静叶模拟件，并带有高温玻璃罩，且高温玻璃罩侧面为所述高速相机二的观察窗。

6.根据权利要求5所述的一种包覆碳烟颗粒异质成核冰晶在压气机静叶二次结冰试验装置，其特征在于：所述加热系统包括控制器和加热板，所述加热板覆盖于所述高温玻璃罩上方，通过逐步加热流过所述压气机静叶结冰试验箱的气流，模拟气流在真实航空发动机压气机内的升温过程。

7.根据权利要求1所述的一种包覆碳烟颗粒异质成核冰晶在压气机静叶二次结冰试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)关闭所述供气机组与干燥器之间的气流通路，打开所述高空环境舱进气口、出气口，启动所述供气机组、排气系统，更新所述高空环境舱内气体；

2)所述供气机组提供的压缩气流稳定后，启动所述低温空调系统、湿度调节系统、压强调节系统，模拟7km以上高空的环境条件；

3)启动所述加热系统，逐步加热流过所述压气机静叶结冰试验箱的气流，模拟气流在真实航空发动机压气机内的升温过程；

4)启动所述液体雾化器，将所述碳烟颗粒分散液容器中的液体雾化，并将形成的雾化液滴排入所述干燥器；

5)打开所述供气机组与干燥器之间的气流通路，启动所述粒径筛分仪，所述干燥器中的碳烟颗粒随气流进入所述粒径筛分仪，所述粒径筛分仪可对碳烟颗粒进行筛分，粒径适合的碳烟颗粒将进一步进入所述混合容器；

6)启动所述可挥发性物质发生器，打开所述可挥发性物质发生器与混合容器之间的阀门，碳烟颗粒和可挥发性物质在所述混合容器中充分混合，产生的包覆碳烟颗粒将随压缩气流进入所述高空环境舱，包覆碳烟颗粒将在压缩气流中完成异质成冰过程并随压缩气流流向所述压气机静叶结冰试验箱；

7)启动所述高速相机一、高速相机二，分别观测包覆碳烟颗粒异质成冰过程和冰晶在压气机静叶的二次结冰过程；

8)试验结束后，依次关闭所述高速相机一、高速相机二、可挥发性物质发生器、可挥发性物质发生器与混合容器之间的阀门、液体雾化器、干燥器、粒径筛分仪、供气机组与干燥器之间的气流通路、加热系统、低温空调系统、湿度调节系统、压强调节系统；

9)所述高空环境舱温度恢复到室温后，关闭所述供气机组、排气系统以及高空环境舱的进气口和出气口。