[发明专利]一种移动式超音速喷嘴连续测量系统

说明书

本发明一种移动式超音速喷嘴连续测量实验系统，包括移动式超音速喷嘴实验装置和软件闭环控制系统两部分；该系统通过矩形喷嘴与高频响压力传感器的相对运动，可获得超音速喷嘴非定常凝结流压力波动特性，克服了传统超音速喷嘴沿程压力测量一致性不好的缺点，并采用消光法测量了超音速喷嘴的全部区域液滴粒径分布；该系统通过数据采集程序实现了多通道的数据采集、自动存储、以及越限报警，连续大容量的动态数据通过建立数据库实现存储；该系统采取电机脉动控制，控制精度0.01mm，实现了数据采集和电机控制的同步；本发明即考虑了超音速喷嘴实验数据的连续测量，又实现了系统软件闭环控制，可用于超音速喷嘴的凝结特性试验研究。

技术领域

本发明属于气液两相流测量领域，涉及一种移动式超音速喷嘴连续测量系统。

背景技术

超音速喷嘴是超音速设备中的核心部件，目前已被广泛应用于石油、天然气、化工、制药、节能、环保、航空和航天等领域^[1]。超音速旋流分离技术是结合旋流分离技术和冷凝分离技术的多组分气体冷凝分离法^[2]，超音速喷嘴是超音速分离器产生凝结效应的关键部件。凝结效应就是饱和湿蒸汽在经过超音速喷嘴时，在喷嘴中膨胀到超音速，产生低压低温，从而液相凝结成核^[3]。超音速喷嘴的凝结现象研究方法可采用理论分析、数值模拟和实验法。由于自发凝结效应的复杂性，通过实验方法研究超音速喷嘴内部凝结特性显得尤为重要。超音速喷嘴中的凝结效应研究，喷嘴管流场压力分布和液滴粒径分布是必要因素。

传统的沿程压力测量采用的方法是在喷嘴喉部周围打一系列引压孔，装载压力传感器测量压力^[4]。由于传统的实验装置需要打很多个引压孔，并不在一个水平面，不能完全地说明喉部凝结处附近的压力数据的等效性，同时不同截面处的压力传感器型号不一，一致性相对不好。并且由于喷嘴尺寸都较小，引压孔不能设置过多，所以只能测量几个引压孔处的压力，不能做到喷嘴沿程压力的连续测量。

发明内容

本发明提供一种移动式超音速喷嘴连续测量实验系统。装置包括移动式超音速喷嘴实验装置和软件闭环控制系统两部分。该实验系统可获取超音速喷嘴非定常凝结流动特征。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明采用如下技术方案：

1、一种移动式超音速喷嘴连续测量系统，包括移动式超音速喷嘴实验装置和软件闭环控制系统两部分，移动式超音速喷嘴实验装置由移动式超音速喷嘴、驱动电机、气源机构和实验数据测量机构构成；其中：所述移动式超音速喷嘴包括喷嘴基体、矩形喷嘴和传动杆；

所述软件闭环控制系统包括静态数据采集模块、连续动态数据采集模块、电机驱动控制模块和数据库；其中：

所述静态数据采集模块通过采集到的入口压力、温湿度值来调整气源，使实验系统达到设定的实验条件；

所述连续动态数据采集模块对实验数据测量机构所测的数据进行分析融合获得超音速喷嘴非定常凝结流动特性；

所述电机驱动控制模块间接驱动矩形喷嘴的移动，通过矩形喷嘴与所述实验数据测量机构中的动态测量部分的相对运动，实现超音速喷嘴沿程压力分布和全部区域的液滴粒径的测量；

所述数据库记录连续动态数据采集模块采集的连续大容量动态数据。

所述实验数据测量机构：包括入口压力传感器、入口温湿度传感器、出口压力传感器、出口温湿度传感器、高频响压力传感器和消光法液滴粒度测量仪；其中：

所述移动式超音速喷嘴通过传动杆与所述驱动电机连接；

所述喷嘴基体入口与所述气源机构连接，所述喷嘴基体入口安装有入口压力传感器、入口温湿度传感器；

所述喷嘴基体出口安装所述出口压力传感器、出口温湿度传感器；

所述喷嘴基体内壁安装高频响压力传感器；