[发明专利]一种液氮冷背景均匀冰粒子流生成方法

说明书

本发明公开了一种液氮冷背景均匀冰粒子流生成方法，包括冷源系统、供液系统和气体混和装置，所述冷源系统包括氮气源、液氮储罐、冷氮气生成装置和管路部分，所述供液系统包括储水箱、增压泵、水雾化喷嘴、粒径筛选装置和供水管路，所述气体混合装置包括混匀风道、喷雾耙、冷氮气喷嘴、含液滴气流出气管路和电伴热装置。本发明中，通过采用生成粒子和结冰分段进行的模式，可以通过控制水粒子的粒径达到控制冰粒子粒径的目的，形成可控粒径的冰粒子气流；设计特殊的喷雾耙结构和混匀风道，形成更为均匀稳定的含冰粒子流场；采用液氮作为系统冷源，对大流量长时间的风洞试验而言更为节约能源。

技术领域

本发明涉及冰风洞环境模拟技术领域，尤其涉及一种液氮冷背景均匀冰粒子流生成方法。

背景技术

在地面进行飞机防除冰研究或气象研究时，需要模拟含冰粒子的气流环境，在地面测试结冰情况。

冰风洞在飞机防除冰系统设计和大气气象研究方面均有广泛引用。在设计防除冰系统时，需要在地面进行冰风洞试验，测试飞机结冰情况和防除冰系统的工作性能。在气象研究中，冰雪晶生长等现象也需要在地面冰风洞中进行研究。

进行冰风洞试验需要较长的实验过程，现有的大部分冰风洞采用制冷机作为主要冷源。对于较大型的风洞而言，由于流场的气流量较大，所需要的制冷功率也十分大，长时间的冰风洞试验所需的能耗十分可观。

现有的大部分冰风洞都采用引射的方式通过干空气引射喷射水雾或过冷水滴进入风洞流场进行结冰，喷雾耙结构会影响试验段内气流速度和气流，同时干空气射流会减弱气流偏角和气流湍流度空间均匀性，同时降低气流速，影响风洞流场品质。同时由于引射喷嘴的不可控性，喷出的水雾的粒径范围较广，不能实现精确粒径控制。

发明内容

本发明的目的在于：设计一种液氮冷背景下，应用于风洞试验的高均匀冰粒子流生成方法，以解决现有的结冰风洞引射气流影响风洞流场品质、粒径不能精确控制等问题，达到在液氮冷背景下，获得可控粒径冰粒子均匀气流的效果。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种液氮冷背景均匀冰粒子流生成方法，包括冷源系统、供液系统和气体混和装置，所述冷源系统包括氮气源、液氮储罐、冷氮气生成装置和管路部分，所述供液系统包括储水箱、增压泵、水雾化喷嘴、粒径筛选装置和供水管路，所述气体混合装置包括混匀风道、喷雾耙、冷氮气喷嘴、含液滴气流出气管路和电伴热装置。

优选地，还包括压力传感器一、压力传感器二、流量调节阀一、流量传感器一、流量传感器二、温度传感器、电子调节阀三和温湿度传感器。

优选地，所述冷源系统工作流程包括以下步骤：

S1.1、氮气源输出中压氮气，经电子调节阀一调节至所需压力，形成稳定压力的氮气流；

S1.2、液氮罐中的液氮经流量调节阀二调节后，喷淋至冷氮气生成装置中与氮气流混合，形成所需温度的冷氮气流，作为系统冷源。

优选地，所述供液系统工作流程包括以下步骤：

S2.1、氮气源输出中压氮气，经电子调节阀二调节至所需压力，形成稳定压力的氮气流，输送至水雾化喷嘴；

S2.2、储水箱中的纯净水经过增压泵输送至水雾化喷嘴；

S2.3、水雾化喷嘴在粒径筛选装置中生成所需粒径的水粒子气流。

优选地，所述气体混和装置工作流程包括以下步骤：

S3.1、含液滴气流出气管路中输送的含水粒子气流和冷氮气喷嘴中输送的冷氮气气流在混匀风道中混合；

S3.2、水粒子遇冷结冰，形成冰粒子；

S3.3、混匀风道中，含冰粒子气流充分发展形成均匀冰粒子流。