[发明专利]一种浸没式气液两相射流不稳定流场测量系统

说明书

本发明涉及一种浸没式气液两相射流不稳定流场测量系统，属于水利水电工程、海洋船舶与水下航行推进器工程技术领域。将光源和高速相机放置于前侧玻璃视窗处，压力传感器和温度传感器交叉均布在后侧不锈钢板上；在燃烧气腔和混合室中加入适量的水，打开压缩空气管，对燃烧气腔内部进行吹扫，待气腔内部不存在液体水时接通可燃气体管，同时启动点火针进行点火。通过观察燃气射流形态来不断调整4级稳流板在混合室支撑杆上的具体位置，待调整到最佳位置后即可开始实验观测和数据测量等工作。本发明的系统可对流场结构和流场特征变化进行详细的观测与测量实验，同时实验中可实现气体物质属性、气体温度和气体压力等参数的改变。

技术领域

本发明涉及一种浸没式气液两相射流不稳定流场测量系统，属于水利水电工程、海洋船舶与水下航行推进器工程技术领域。

背景介绍

固体火箭发动机在水下工作过程中高密度、高背压，以及燃气与水环境之间复杂的两相流关系，使发动机处于与大气环境完全不同的工作状态。发动机工作环境介质为液相，其密度远大于空气，且由于燃气温度与速度极高，高温燃气与水之间发生剧烈的水气掺混形成高强度紊流，同时高温气体与水环境之间存在换热与相变等复杂的非稳态过程、射流核心区域存在复杂的膨胀波反射波与激波运动与激波反馈等均会造成流场的剧烈变化，进而影响发动机受力和工作性能。因此，了解浸没式气液两相射流的流场结构与流场特征变化对合理优化设计固体火箭发动机具有较高的工程应用价值。

然在实际拉瓦尔喷管水下推进工作中，燃气泡不会长时间维持单个球形气泡的形态，而是会出现与环境的掺混、破裂等一系列非稳态过程，该非稳态特性造成射流束周围出现大量离散气泡聚集，对射流束形成了遮挡，进而造成无法详细观测射流束等流场结构的演化过程。

发明内容

本发明的目的是针对现有研究手段的不足，提供一种浸没式气液两相射流不稳定流场测量系统，可对流场结构和流场特征变化进行详细的观测与测量实验，同时实验中可实现气体物质属性、气体温度和气体压力等参数的改变。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种浸没式气液两相射流不稳定流场测量系统，包括燃烧器装置、燃烧系统、气体喷射装置和混合系统；

所述燃烧器装置包括压缩空气管、可燃气体管、点火针和固定底座；

所述固定底座为中空结构，底端开设三个通孔，分别用于连接压缩空气管、可燃气体管和点火针；空气和可燃气体在空腔处混合，然后被点火针点燃，可以避免氧气含量不足熄火造成的燃料浪费；

所述燃烧室系统包括燃烧气腔、耐高温玻璃和密封盖板；

所述燃烧气腔的底端固定安装所述固定底座；顶端固定安装气体喷射装置的加速喷管；在燃烧气腔侧壁上开设可视窗口；密封盖板将耐高温玻璃密封固定在燃烧气腔的可视窗口处；

所述视窗固定槽道为一截面为矩形的中空长方体，内侧矩形边界与燃烧气腔侧面的矩形孔大小一致；

所述密封盖板为一“回”型平板，分内外两部分，靠近边缘处均匀开有30个圆形通孔；

所述气体喷射装置包括加速喷管和喷嘴；

所述加速喷管为收缩-扩张空心圆管；

所述喷嘴一端为圆柱，另一端为锥台型圆管；

所述混合系统包括混合室、混合室下固定盖板、混合室上固定盖板、混合室支撑杆、稳流板和排气管；

所述混合室为中空腔室；所述混合室下固定盖板和混合室上固定盖板与混合室侧壁固定连接；多个稳流板通过混合室支撑杆固定安装在混合室内部，需保证每相邻的两个稳流板之间保持距离；所述每个稳流板中间部位开设通孔，便于气体通入形成的射流束的顺利通过；所述两个稳流板之间的距离和每个稳流板中部的通孔的孔径需通过实验不断进行调整；