[发明专利]一种采用液氮与氮气冷却液氧的两相流掺混试验系统

说明书

本发明提供了一种采用液氮与氮气冷却液氧的两相流掺混试验系统，包括：液氧控制装置、氧气控制装置、液氮控制装置、氮气控制装置、氮氧换热器和可视化装置；液氮控制装置用于向氮氧换热器输出液氮；氮气控制装置用于向氮氧换热器输出氮气；液氧控制装置用于向氮氧换热器输出液氧；氮氧换热器用于调节液氮与氮气的比例构造需求环境温度，使液氧在需求环境温度下进行换热，得到需求过冷度的液氧；可视化装置用于将需求过冷度的液氧与氧气控制装置输出的氧气进行混合，实现液氧与氧气的掺混试验；氮氧换热器上的控制装置可实现压力迅速稳定和流量配比更加精准，可使液氧在两相流试验前获得需求的过冷度。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其是涉及一种采用液氮与氮气冷却液氧的两相流掺混试验系统。

背景技术

随着科技的发展，低温流体的使用越来越广泛，而低温流体在实际工作过程中必然存在着两相流动。目前两相流动的试验研究多集中在常温介质，低温介质的两相流动由于低温流体温度的控制和低温装置的密封等原因开展较少。液氧和氧气为常用的氧化剂，其在航空航天领域应用较多，其两相流掺混也对火箭发动机离心泵的水力性能和汽蚀性能具有较大影响。

目前液氧与氧气的两相流掺混多集中在将液氧与氧气直接混合，在混合前对于液氧的过冷度难以保证，尤其是需要过冷度随时调节的场合。目前常见的获取过冷液氧的方式为抽空减压和换热过冷的方案，利用泵驱动液氧至换热器进行换热过冷，然后再回流至液氧贮箱，但是上述方法过程繁琐复杂，尤其对于需要随时调节液氧过冷度的情况更显繁琐。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供采用液氮与氮气冷却液氧的两相流掺混试验系统，通过调节液氮与氮气的比例可以获得不同温度的低温环境。液氧在氮氧换热器中经过换热平衡后进入可视化装置中，从而实现液氧与氧气的掺混试验；氮氧换热器上的控制装置可实现压力迅速稳定和流量配比更加精准，可使液氧在两相流试验前获得需求的过冷度。

第一方面，本发明实施例提供了采用液氮与氮气冷却液氧的两相流掺混试验系统，所述系统包括：液氧控制装置、氧气控制装置、液氮控制装置、氮气控制装置、氮氧换热器和可视化装置；

所述液氮控制装置、所述氮气控制装置、所述液氧控制装置、所述可视化装置分别与所述氮氧换热器相连接，所述氧气控制装置与所述可视化装置相连接；

所述液氮控制装置，用于向所述氮氧换热器输出液氮；

所述氮气控制装置，用于向所述氮氧换热器输出氮气；

所述液氧控制装置，用于向所述氮氧换热器输出液氧；

所述氮氧换热器，用于调节所述液氮与所述氮气的比例构造需求环境温度，使所述液氧在所述需求环境温度下进行换热，得到需求过冷度的液氧；

所述可视化装置，用于将所述需求过冷度的液氧与所述氧气控制装置输出的氧气进行混合。

进一步的，所述氮氧换热器上设置有压力传感器、温度传感器和控制器，所述氮氧换热器的底部设置有第一反压调节阀，所述液氮控制装置包括液氮流量调节阀，所述氮气控制装置包括氮气流量调节阀；

所述压力传感器，用于检测所述氮氧换热器内的压力，得到第一压力值；

所述温度传感器，用于检测所述氮氧换热器内的温度，得到第一温度值；

所述控制器，用于根据所述第一压力值和设定的混合压力值，得到第一偏差；如果所述第一偏差大于第一预设压力偏差范围，则将所述第一偏差通过PD控制算法，得到第一结果；根据所述第一结果控制所述第一反压调节阀的开度；