[发明专利]气固两相激波管实验装置和实验方法

权利要求书

1.一种气固两相激波管实验装置，其特征在于：包括高气压段(2)、爆破隔膜(3)、气压段(4)、圆变方过渡段(5)、第一方管段(6)、可视化测试段(7)、第二方管段(9)和收集箱(10)；高压气瓶(1)的输出端依次经高气压段(2)、气压段(4)后与第一方管段(6)的入口端连接，高气压段(2)和气压段(4)端口之间设有爆破隔膜(3)，气压段(4)和第一方管段(6)之间通过圆变方过渡段(5)连接，打开高压气瓶(1)使高气压段(2)与气压段(4)存在气压比，通过爆破隔膜(3)爆破方式产生激波，激波依次经气压段(4)、圆变方过渡段(5)、第一方管段(6)、可视化测试段(7)和第二方管段(9)后进入收集箱(10)；

第一方管段(6)的出口端依次经可视化测试段(7)、第二方管段(9)后与收集箱(10)连接，可视化测试段(7)顶端安装连接有存储有固体颗粒的颗粒储存释放组件，底端安装连接有竖直的颗粒收集管段(8)，颗粒收集管段(8)正下方设有动态称重天平，通过颗粒储存释放组件释放固体颗粒，固体颗粒受重力下落穿过可视化测试段(7)形成颗粒帘，再经颗粒收集管段(8)后落在动态称重天平上；

第一方管段(6)上安装有沿轴向方向间隔布置的第一压力传感器(16)与第二压力传感器(15)，第二方管段(9)上安装有沿轴向方向间隔布置的第三压力传感器(12)和第四压力传感器(11)；

所述的颗粒储存释放组件包括内芯安装块(19)、可替换内芯(18)、颗粒储存室(14)和门阀(13)，内芯安装块(19)底端通过第一固定螺钉(17)固定安装在可视化测试段(7)顶端的端口处，内芯安装块(19)顶端和颗粒储存室(14)连接，颗粒储存室(14)中部安装有用于控制颗粒释放的门阀(13)；内芯安装块(19)开有中心通槽，中心通槽的上部为喇叭口结构，可替换内芯(18)通过第二固定螺钉(20)固定安装在内芯安装块(19)中心通槽中，可替换内芯(18)中间开有用于颗粒通过的狭长缝隙；

通过替换不同的内芯安装块(19)，调整可替换内芯(18)狭长缝隙的长和宽，进而实现对于颗粒帘的宽度、厚度和体积分数的调节控制。

2.根据权利要求1所述的一种气固两相激波管实验装置，其特征在于：调整所述的颗粒储存释放组件实现对于颗粒帘厚度和体积分数的调节控制，通过四个压力传感器采集获得激波的衰减变化。

3.根据权利要求1所述的一种气固两相激波管实验装置，其特征在于：所述的可替换内芯(18)狭长缝隙的宽度范围为2～10mm。

4.根据权利要求1所述的一种气固两相激波管实验装置，其特征在于：所述的可视化测试段(7)的侧壁采用透明材质。

5.一种气固两相激波管实验方法，其特征在于：采用权利要求1-4任一所述装置，打开高压气瓶(1)使高气压段(2)与气压段(4)存在气压比，采用爆破隔膜(3)爆破的方式产生激波，通过颗粒储存释放组件释放固体颗粒，固体颗粒依靠重力下落产生颗粒帘；

当高压气瓶(1)未打开且颗粒储存释放组件释放固体颗粒，通过高速摄影仪采集可视化测试段(7)中颗粒帘的视频影像和动态称重天平的实时变化情况；当颗粒储存释放组件释放固体颗粒且爆破隔膜(3)爆破后，激波经过可视化测试段(7)处和颗粒发生碰撞，使用纹影仪将可视化测试段(7)处激波和颗粒碰撞产生的激波-颗粒相互作用和颗粒-颗粒相互作用反映成影像，同时用高速摄影仪记录影像，并且通过四个压力传感器采集压力数据获得激波马赫数的衰减变化。

6.根据权利要求5所述的一种气固两相激波管实验方法，其特征在于：通过四个压力传感器采集压力数据获得激波的衰减变化具体采用以下方式：

1)根据第一压力传感器(16)和第二压力传感器(15)之间的轴向间距以及第一压力传感器(16)和第二压力传感器(15)分别采集到压力数据的时间差采用以下公式计算获得激波的速度V_S：

其中，d表示第一传感器与第二传感器之间的轴向距离，t₀、t₁分别表示激波通过第一压力传感器的第二传感器的时刻；

进而计算获得入射激波的马赫数M_S：

其中，a₀为当地声速；

2)由第三压力传感器(12)和第四压力传感器(11)采集获得的压力数据采用与步骤1)相同的方式计算获得激波的马赫数；

3)将步骤2)获得的激波的马赫数和步骤1)获得的入射激波的马赫数相减的差值作为激波马赫数的衰减变化。