[发明专利]一种高频高幅值反压振荡雾化实验装置

说明书

本发明公开了一种适用于高频率高幅值反压振荡雾化实验装置。实验装置包括一个设有玻璃观察窗的反压舱和扰动装置，反压舱头部安装有喷嘴；在头部周围靠近反压舱壁面布置有进气口，空气从此处进入反压舱；反压舱出气口采用环带、多扇形设计，包括固定圆盘和转动圆盘，转动圆盘的中心轴通过联轴器与外部电机相连，带动转动圆盘旋转，与固定圆盘配合使喉部面积发生周期性变化，从而在反压舱中产生周期性压力振荡。将需研究的推进剂或推进剂模拟液通过相应喷嘴注入反压舱，并通过位于玻璃观察窗前的光学设备观测并记录该工质在不同频率和幅值反压振荡环境下的动态雾化过程。成功进行了以水为模拟液的喷嘴的动态雾化特性研究。

技术领域

本发明属于液体推进剂喷雾技术领域，具体是一种高频高幅值反压振荡雾化实验装置，用于高频率高幅值反压振荡环境下推进剂或液体燃料的动态雾化特性研究。

背景技术

液体推进剂雾化是液体火箭发动机燃烧的前提。雾化过程中的液膜破碎长度、液滴尺寸分布和液滴运动轨迹等基本上决定了燃烧过程、燃烧效率和燃烧稳定性。已有的研究结果表明，燃烧室中的压力振荡会对液体推进剂的雾化过程产生影响，改变雾化特性，形成一种动态雾化。这种动态雾化反过来在一定条件下又会与燃烧过程发生耦合，触发液体动力系统燃烧不稳定或加剧其幅度。因此，研究燃烧室压力(简称反压)扰动条件下喷嘴的雾化特性对于理解燃烧不稳定性的激励机理、机制具有非常重要意义。

目前国际上对于反压振荡环境下的动态雾化研究，多采用扬声器产生压力振荡。由于扬声器功率的限制，反压舱的压力振荡频率和幅值都较小，远小于发动机发生燃烧不稳定时的压力振荡频率和幅值，不能真实地模拟发动机发生燃烧不稳定时的环境条件。因此，需要建立一种产生高频率、高幅值、反压振荡环境的装置和方法，为揭示形成周期性雾化的一般规律，探讨喷嘴周期性雾化特性与液体火箭发动机燃烧不稳定性之间的内在联系提供基础实验数据和理论支持。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提供一种反压舱振荡频率和幅值可调并且能够实时观测和记录反压舱内喷嘴动态雾化过程的实验装置。

本发明的基本原理是：

反压振荡会周期性的改变喷嘴的喷注压降，进而改变喷注速度，产生速调管效应，最终形成周期性、大尺度、高密度的液滴团。本发明提供的高频高幅值反压振荡装置的原理是向反压舱一端不间断地通入空气，另一端周期性地改变出气口面积，从而在反压舱内产生周期性的压力振荡。推进剂或模拟液通过相应的喷嘴形式注入反压舱内进行雾化，在反压舱侧面设置玻璃观察窗，配以光学设备，捕捉喷射、雾化过程的信息，以实现对高频高幅值反压振荡环境下雾化过程的观测和研究。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种高频高幅值反压振荡雾化实验装置，包括反压舱，安装在反压舱进气口的头部、安装在反压舱出气口的扰动装置、安装在反压舱侧壁上的光学玻璃、光学观察设备以及与光学观察设备连接的计算机；

头部的侧壁上开设有多个空气入口以及多个推进剂入口；头部中央安装喷嘴，所述喷嘴与推进剂入口连通；

扰动装置包括壳体、转动圆盘、固定圆盘、转动轴以及驱动电机；转动轴一端伸出壳体外连接驱动电机，另一端伸入到壳体内安装转动圆盘；反压舱的出气口内安装固定圆盘；

转动圆盘和固定圆盘上均沿圆周方向均匀开设多个通气小孔；

光学观察设备位于光学玻璃前用于观察反压舱内推进剂的雾化过程和记录反压舱内推进剂的雾化过程的数据；

计算机接收光学观察设备记录的数据用于处理分析动态雾化特性。

上述反压舱进气口流通面积为反压舱横截面面积的17％；反压舱出气口最大流通面积为反压舱横截面面积的17％-22％。

上述通气小孔为扇形结构。