[发明专利]气固两相激波管实验装置和实验方法

说明书

本发明公开了一种气固两相激波管实验装置和实验方法。包括依次布置的高气压段、爆破隔膜、气压段、圆变方过渡段、第一方管段、可视化测试段、第二方管段和收集箱；可视化测试段顶端装有颗粒储存释放组件，底端装有颗粒收集管段，颗粒收集管段下方设有动态称重天平，固体颗粒受重力下落穿过可视化测试段形成颗粒帘，并落在动态称重天平上，第一、二方管段上分别装有第一、二压力传感器和第三、第四压力传感器；颗粒储存释放组件实现颗粒帘厚度和体积分数的调节，压力传感器采集获得激波衰减变化。本发明可通过控制不同测试颗粒的颗粒帘厚度、体积分数及改变激波马赫数，观察和分析激波与稠密颗粒群相互作用的行为特征和影响规律。

技术领域

本发明涉及了一种激波管实验装置，尤其是涉及了一种气固两相激波管实验装置和实验方法。

背景技术

激波与颗粒群相互作用是可压缩颗粒负载流中普遍而重要的现象，涉及航空航天、医疗卫生、安全防控及环境保护等众多领域，具体应用例如含固体颗粒炸药爆炸、火箭引擎中固体燃料推进、含尘大气中高速飞行、药物粉末无针注射、超音速冷喷涂、干粉灭火、粉尘爆炸、火山喷发等。开展对激波与稠密颗粒群相互作用时复杂的气固两相流问题的研究，关键在于入射激波与稠密颗粒群相互作用之前激波马赫数、颗粒初始空间分布的调控以及之后的激波、接触面和颗粒群动态影像数据的获取。

因为通常的实验条件要求颗粒群初始近似处于静止状态，如果采用将颗粒置于装载室内的方式，由于重力作用，颗粒将会集中在装载室底部或填满整个装载室，而颗粒群初始体积分数显然无法调控，为此现有技术中缺少上述要求的实验装置。

发明内容

针对上述背景技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供了一种气固两相激波管实验装置和实验方法，在激波与稠密颗粒群相互作用时进行高速纹影拍摄和动态压力测量，由此能系统地获得实验数据。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一、一种气固两相激波管实验装置：

包括高气压段、爆破隔膜、气压段、圆变方过渡段、第一方管段、可视化测试段、第二方管段和收集箱；高压气瓶的输出端依次经高气压段、气压段后与第一方管段的入口端连接，高气压段和气压段端口之间设有爆破隔膜，气压段和第一方管段之间通过圆变方过渡段连接，打开高压气瓶使高气压段与气压段存在一定的气压比，通过爆破隔膜爆破的方式产生激波，激波依次气压段、圆变方过渡段、第一方管段、可视化测试段和第二方管段后进入收集箱；第一方管段的出口端依次经可视化测试段、第二方管段后与收集箱，可视化测试段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，颗粒收集管段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形成颗粒帘穿过可视化测试段，再经颗粒收集管段后落在动态称重天平上；第一方管段上安装有沿轴向方向间隔布置的第一压力传感器与第二压力传感器，第二方管段上安装有沿轴向方向间隔布置的第三压力传感器和第四压力传感器。

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。

所述的颗粒储存释放组件包括内芯安装块、可替换内芯、颗粒储存室和门阀，内芯安装块底端通过第一固定螺钉固定安装在可视化测试段顶端的端口处，内芯安装块顶端和颗粒储存室连接，颗粒储存室中部安装有用于控制颗粒释放的门阀；内芯安装块开有中心通槽，中心通槽的上部为喇叭口结构，可替换内芯通过第二固定螺钉固定安装在内芯安装块中心通槽中，可替换内芯中间开有用于颗粒通过的狭长缝隙。可替换内芯顶端具有内芯安装块中心通槽上部的喇叭口结构倾斜角度相同的喇叭口结构。

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

所述的可替换内芯为长方体结构，狭长缝隙的宽度范围为2～10mm。