[发明专利]一种对流条件下水滴撞击冷壁面结冰过程可视化实验平台

摘要

一种对流条件下水滴撞击冷壁面结冰过程可视化实验平台，属于船舶与海洋结构物结冰及防冰技术研究领域。本发明装置主要解决了考虑风速、气温及湿度等气象条件下水滴撞击冷壁面冻结过程的技术问题，考虑了较多真实低温海域中的气象条件，保证了实验研究的真实性。本发明分为实验台主体、恒温试验箱、风洞系统、信息采集系统以及水滴生成装置五个部分，风洞系统可创造出实验所需的气象环境。本发明考虑更多水滴冻结环境因素的同时，还可获得最大铺展直径及达到时间、铺展因子随时间变化、最大无量纲高度等数据，从而定量分析影响。本发明可作为水滴结冰研究基础装置，在其基础上可改进研究更多工况，如水滴撞击斜壁面、不同润湿性表面等。

主权项

1.一种对流条件下水滴撞击冷壁面结冰过程可视化实验平台，其特征在于：包括实验台主体、恒温试验箱、风洞系统、信息采集系统以及水滴生成装置五个主要部分；所述实验台主体部分包括不锈三角钢(1)、有机玻璃风道(2)、超白玻璃罩(3)，使用不锈三角钢(1)支撑起各装置及设备，使用耐低温有机玻璃制作水平风道(2)，并用超白玻璃片组成观察部分玻璃罩(3)，超白玻璃罩(3)包裹在有机玻璃风道(2)外侧，实验箱高为1.5米，试验箱玻璃窗(7)下方设有可拉门；所述恒温试验箱包括压缩机组(4)、导热管(5)、聚氨酯外体(6)、玻璃窗(7)、耐低温LED灯(8)，导热管(5)与压缩机组(4)连接，玻璃窗(7)在导热管(5)下方，耐低温LED灯(8)安装在试验台边缘位置，通过控制器调整压缩机运行状态，产生固定温度的低温环境；所述小型风洞系统是实验台的重要组成部分，包括变频风机(9)、不锈钢波纹管(10)、储水罐(11)、可调控式气泵(12)、控制阀门(13)、空气雾化喷嘴(14)，变频风机(9)与有机玻璃风道(2)相连，变频风机(9)模拟不同风速条件，由储水罐(11)、可调控式气泵(12)、控制阀门(13)和空气雾化喷嘴(14)组成的雾化装置模拟指定的空气湿度条件，不锈钢波纹管(10)位于有机玻璃风道(2)右侧；所述水滴生成装置包括医用注射器(15)、高压钠灯(16)、结冰表面(17)、标定小球(26)，结冰表面(17)位于医用注射器(15)下方，采用医用注射器(15)生成液滴，并通过不同直径和长度的针头来控制滴入结冰表面的水滴直径；所述数据采集系统包括湿度传感器(18)、孔板流量计(19)、热线风速仪(20)、温度传感器(21)、热电偶(22)、ADAM采集模块(23)、压力传感器(24)、显微镜CCD摄像系统(25)，能够收集水滴结冰过程中各物理参数及图像信息，使用孔板流量计(19)测量风量，同时使用热线风速仪(20)对风速进行校核；使用温度传感器(21)及湿度传感器(18)来测量风洞内温度及湿度值，同时用热电偶(22)测量液滴尖端及结冰表面的实时温度；图像观察及拍摄采用显微镜CCD摄像系统(25)，将结冰表面水滴放大至所需求的倍数，并将图像实时传递至计算机界面中，研究人员使用图像处理软件分析水滴图像，获取有用数据。