[发明专利]一种能产生射流前缘的液体撞击试验件及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有新形式的用于测试材料抵抗液体撞击效果的试验件及试验方法，属于材料抵抗液体撞击性能试验技术领域。

背景技术

液体高速撞击固体材料表面，将对固体材料产生侵蚀作用。汽轮机的低压末级动叶工作在湿蒸汽区，静叶表面凝结的水膜被气流撕裂成二次水滴后，可能与动叶间产生300～700m/s的高速撞击，对动叶材料产生强烈的水蚀作用。与之类似，飞机在高速穿过云层、雨区时，表面材料容易受到水滴撞击。水滴与飞机之间极高的相对速度会造成观察窗、雷达罩等构件的变形和破坏，从而导致仪器的失效甚至威胁飞行安全。在工程上，通过建立旋转试验台，用试验的方式来研究液固高速撞击过程中流体和材料的动力学行为、材料的损伤机理以及材料抵抗液体撞击的效果。

现有技术中，对于材料抵抗液体撞击的效果往往通过旋转试验件多次液固撞击试验装置，采用平板、圆柱或者翼型试验件。在使用射流撞击来测试材料的抗侵蚀效果时，这类试验件无法模拟射流的前缘或者是液滴的撞击效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够安装在旋转试验件多次液固撞击试验装置上，模拟射流前缘对材料相同位置的重复撞击效果的试验件及试验方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种能产生射流前缘的液体撞击试验件，其特征在于：由待测试材料主体和遮挡屏组成，遮挡屏上相邻的两个表面与待测试材料主体的一个表面形成Z字型结构。

优选地，所述待测试材料主体下部设有安装孔。

优选地，所述遮挡屏采用与待测试材料主体相同或不同的材料制成。

优选地，所述遮挡屏采用耐液体侵蚀陶瓷或司太立合金材料制成。

本发明还提供了一种能产生射流前缘的液体撞击试验方法，其特征在于：采用上述能产生射流前缘的液体撞击试验件，该方法由以下3个步骤组成：

步骤1：将试验件安装在旋转试验件多次液固撞击试验装置上；

步骤2：根据试验需要的液固撞击角度，调整试验件的安装角度；

步骤3：试验开始，稳态射流冲击在试验件的遮挡屏的表面上；随着试验件继续前进，当射流中心走过遮挡屏的边缘时，射流前缘重新生成并撞向待测试材料主体的表面，射流前缘与待测试材料主体的表面发生碰撞。

优选地，所述步骤1中，试验件通过待测试材料主体下部的安装孔安装在旋转试验件多次液固撞击试验装置上。

优选地，所述步骤2中，根据试验需要的液固撞击角度，调整试验件的安装角度的方法为：

设试验件以绝对速度u运动，射流以绝对速度c运动，射流速度c与试验件运动相反方向的夹角为α，根据余弦定理，计算得到射流与试验件的相对速度w：

w=u2+v2-2uvcos(180-α)]]>

射流与试验件的相对速度w与试验件运动相反方向的夹角β由下式求得：

β=arcsin(c cos(90-α)w)]]>

设试验需要的液固撞击角度为θ，则试验件的安装角度γ=180°-β-θ。

本发明提供的能产生射流前缘的液体撞击试验件，具有遮挡屏结构，遮挡屏可以与待测试材料主体做成整体或分体结构；试验件利用射流通过遮挡屏的边缘来产生射流前缘，获得射流前缘撞击待测试材料主体表面产生的水锤力和侧向剪切力，达到加速液体撞击试验的效果；通过调整试验件的安装角度，得到不同角度的液体撞击固体的侵蚀效果。