[发明专利]基于压力和温度控制的汽化泡试验装置

摘要

本发明涉及基于压力和温度控制的汽化泡试验装置，属于空泡动力学领域。试验罐上方开设有六个通孔，两根电极穿过通孔悬空固定在试验罐内部，两根电极底端各连接一根铜丝，压力和温度传感器分别穿过通孔悬空固定在试验罐内部，液体输送管阀门通过液体输送管与试验罐内连通，气体接口阀通过管道与试验罐内连通，电加热管悬浮放置在试验罐内部；试验罐放置在真空罐中并通过法兰盘实现隔离和密封，试验罐和真空罐侧壁均开有可视化观察窗；高速相机镜头的轴线与可视化观察窗的轴线重合，冷光源透过观察窗向试验罐内打光；本发明结构简单，调节方便，能实现常温和低温液体在不同压力和温度条件下汽化泡演变过程形态、压力和温度数据的同步采集。 1

主权项

1.基于压力和温度控制的汽化泡试验装置，其特征在于：包括真空罐部分、试验罐部分、辅助设备部分、数据采集系统；

真空罐部分用于提供真空环境；包括真空罐(1)、真空接口(2)、真空罐法兰盘(3)、第一观察窗(4)、第一法兰盘(5)、第二法兰盘(6)，连接关系：真空罐(1)为上方敞口的圆柱形罐体，第二法兰盘(6)中心通孔的直径与真空罐(1)的外径相同，真空罐(1)的上边缘与第二法兰盘(6)的上表面平齐，通过焊接固定；在真空罐(1)的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第一观察窗(4)为具有厚度的圆片，真空罐法兰盘(3)和第一法兰盘(5)的内径和外径相同，真空罐法兰盘(3)的外径与真空罐(1)开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第一观察窗(4)的外径大于真空罐法兰盘(3)的内径但与螺栓孔不干涉，第一法兰盘(5)通过螺栓将第一观察窗(4)压紧在真空罐法兰盘(3)上，真空罐(1)的通孔、真空罐法兰盘(3)、第一观察窗(4)和第一法兰盘(5)的轴线重合；真空罐(1)的侧壁上开设有真空接口(2)；

试验罐部分用于生成汽化泡，并为汽化泡的演变过程提供空间；包括：试验罐(7)、试验罐法兰盘(8)、第二观察窗(9)、第三法兰盘(10)、第四法兰盘(11)、电极(12)、铜丝(13)、液体输送管(16)、液体输送管阀门(17)、泄压阀(18)、气体接口阀(19)、电火花控制器(27)，连接关系：试验罐(7)为上方敞口的圆柱形罐体，第四法兰盘(11)为实心法兰盘，试验罐(7)的上边缘与第四法兰盘(11)的下表面平齐，中心轴线重合，通过焊接固定；在试验罐(7)的侧壁沿同一圆周方向开设圆形通孔；第二观察窗(9)为具有厚度的圆片，试验罐法兰盘(8)和第三法兰盘(10)的内径和外径相同，试验罐法兰盘(8)的外径与试验罐(7)开设通孔的孔径相同并通过焊接固定，第二观察窗(9)的外径大于试验罐法兰盘(8)的内径但与螺栓孔不干涉，第三法兰盘(10)通过螺栓将第二观察窗(9)压紧在试验罐法兰盘(8)上，试验罐(7)的侧壁的通孔、试验罐法兰盘(8)、第二观察窗(9)和第三法兰盘(10)的轴线重合；第四法兰盘(11)的中心轴线两侧开设有两个通孔，两根电极(12)穿过通孔插入到试验罐(7)内的液体中，电极(12)悬空固定在第四法兰盘(11)上并用密封胶进行密封，两根电极(12)的顶端分别通过电线与电火花控制器(27)连接，两根电极(12)底端各连接一根铜丝(13)，两根铜丝(13)的底端间隔的距离小于电火花的击穿距离，两根铜丝(13)的底端连线与试验罐(7)侧壁通孔以及真空罐(1)侧壁通孔的中心线重合；第四法兰盘(11)开设有通孔，液体输送管(16)穿过通孔并与孔壁固定连接；液体输送管(16)与液体输送管阀门(17)固定连接；第四法兰盘(11)开设有通孔并通过焊接管道与气体接口阀(19)连接，第四法兰盘(11)与气体接口阀(19)之间的管道上还设有旁通管道与泄压阀(18)连接；试验罐(7)放置到真空罐(1)中，并通过第二法兰盘(6)与第四法兰盘(11)上的法兰孔固定；

辅助设备部分用于实现压力和温度的调节；包括：第一真空泵(20)、氦气钢瓶(21)、第二真空泵(22)、电加热管(14)、电加热管开关(26)、第一真空泵阀门(33)、氦气钢瓶阀门(34)，连接关系：气体接口阀(19)通过管路分别与第一真空泵(20)和氦气钢瓶(21)连接，并分别通过第一真空泵阀门(33)和氦气钢瓶阀门(34)控制气体的输送；第二真空泵(22)与真空罐(1)侧壁上开设的真空接口(2)连通；电加热管(14)悬浮放置于试验罐(7)的液体中；电加热管(14)通过电线与电加热管开关(26)连接；

数据采集系统用于显示并采集试验罐(7)内的压力和温度数据，采集并存储汽化泡生成及溃灭过程的图像数据；包括：冷光源(23)、光源控制器(24)、高速相机(25)、压力传感器(28)、温度传感器(29)、压力采集器(30)、温度采集器(31)、计算机(32)，连接关系：冷光源(23)与光源控制器(24)通过控制线连接，冷光源(23)透过第一观察窗(4)和第二观察窗(9)向试验罐(7)内打光；高速相机(25)的镜头的轴线与第一观察窗(4)的轴线重合，高速相机(25)通过控制线与计算机(32)连接；第四法兰盘(11)上开设有两个通孔，压力传感器(28)和温度传感器(29)分别穿过通孔插入到试验罐(7)内的液体中；压力传感器(28)和温度传感器(29)的顶端分别通过数据线与压力采集器(30)和温度采集器(31)连接，压力采集器(30)和温度采集器(31)分别通过数据线与计算机(32)连接。

2.如权利要求1所述的基于压力和温度控制的汽化泡试验装置，其特征在于：所述真空罐(1)侧壁开设的圆形通孔之间的距离相等；圆形通孔的数量至少为两个；所述真空罐法兰盘(3)与试验罐法兰盘(8)上的螺栓孔为半通孔。

3.如权利要求1所述的基于压力和温度控制的汽化泡试验装置，其特征在于：所述第一观察窗(4)和第二观察窗(9)的内外两侧均贴有密封垫圈；所述第二法兰盘(6)和第四法兰盘(11)之间夹有密封圈(15)；密封圈起到缓冲和密封的作用；所述压力传感器(28)、温度传感器(29)和电极(12)通过法兰盘悬空固定在第四法兰盘(11)上并用密封胶进行密封。

4.如权利要求1所述的基于压力和温度控制的汽化泡试验装置，其特征在于：所述压力传感器(28)和温度传感器(29)插入到试验罐(7)内的长度不大于第四法兰盘(11)上表面到试验罐法兰盘(8)上沿之间的距离。

5.如权利要求1所述的基于压力和温度控制的汽化泡试验装置，其特征在于：所述第一观察窗(4)采用透明亚克力材质；所述第二观察窗(9)采用石英玻璃材质；所述真空罐(1)、真空接口(2)、真空罐法兰盘(3)、第一法兰盘(5)、第二法兰盘(6)、试验罐(7)、试验罐法兰盘(8)、第三法兰盘(10)、第四法兰盘(11)、液体输送管(16)均采用不锈钢材质。

6.如权利要求1至5任意一项所述的基于压力和温度控制的汽化泡试验装置，其特征在于：所述装置具体工作过程如下：

试验开始前，所有阀门处于关闭状态；开启第二真空泵(22)使真空罐(1)内始终保持为准真空状态以起到隔热效果；开启液体输送管阀门(17)，将研究液体注入试验罐(7)内，研究液体淹没铜丝(13)和部分电极(12)，淹没压力传感器(28)和温度传感器(29)的下端，然后关闭液体输送管阀门(17)，液体的具体高度可根据试验需要进行调节；压力采集器(30)和温度采集器(31)实时显示试验罐(7)内研究液体的压力和温度；

若需要让研究液体的温度升高到指定温度，且该指定温度低于试验罐(7)内压力所对应的研究液体的沸点，则打开电加热管开关(26)，电加热管(14)对研究液体进行加热，温度采集器(31)实时显示试验罐(7)内研究液体的温度，研究液体被加热到指定温度后关闭电加热管开关(26),若指定温度不低于试验罐(7)内压力所对应的研究液体的沸点，则首先需要开启气体接口阀(19)和氦气钢瓶阀门(34)，氦气钢瓶(21)内的高压氦气进入试验罐(7)内使压力升高，试验罐(7)内的压力高于所需温度对应的饱和蒸气压后关闭气体接口阀(19)和氦气钢瓶阀门(34)，然后再通过电加热管(14)对研究液体进行加热升温；若需要让研究液体的温度降低，则开启气体接口阀(19)和第一真空泵阀门(33)，启动第一真空泵(20)对试验罐(7)内进行抽压，当试验罐(7)内的压力低于该温度下研究液体的饱和蒸气压时，研究液体就会发生空化现象，研究液体汽化需要吸收热量，由于试验罐(7)处于准真空环境无法从外界吸收热量，则只能吸收研究液体本身热量，进而使得研究液体的温度降低，当温度降低到指定温度时，关闭气体接口阀(19)和第一真空泵阀门(33)，关闭第一真空泵(20)，试验罐(7)内的压力会实现再平衡，温度基本保持不变；若需要让研究液体的压力降低，则开