專利名稱：地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置，屬于兩相流實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉 及到空中運(yùn)動(dòng)載荷地面模擬平臺(tái)、蒸汽生成及冷凝方法、蒸汽冷凝過(guò)程拍攝和流體參數(shù)測(cè) 量方法的新技術(shù)。
背景技術(shù)：
航空航天技術(shù)是一個(gè)國(guó)家技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。航空航天領(lǐng)域中，大功率高 集成電子電氣設(shè)備的裝機(jī)，雖然提高了飛行器的總體性能和作戰(zhàn)能力，但卻帶來(lái)了幾十千 瓦的發(fā)熱載荷，其發(fā)熱量是原先的幾十倍，致使空氣循環(huán)系統(tǒng)難以達(dá)到其設(shè)備的冷卻要求， 需要更好的能量管理和制冷系統(tǒng)。蒸發(fā)制冷循環(huán)中兩相流介質(zhì)利用潛熱傳遞可以滿足這一 要求。早在上個(gè)世紀(jì)的七八十年代西方先進(jìn)國(guó)家就醞釀?dòng)靡豪浜驼舭l(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)的想 法。作戰(zhàn)飛機(jī)的高機(jī)動(dòng)性使得蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)管道中的兩相流流動(dòng)規(guī)律、傳熱特性及傳質(zhì)性 能較地面固定設(shè)備，都發(fā)生了很大的變化。如同微重力下兩相流具有明顯特色一樣，動(dòng)載 作用下的氣液兩相流的沸騰和凝結(jié)有其獨(dú)特性能。凝結(jié)換熱影響因素較多，換熱機(jī)理復(fù)雜， 受過(guò)載作用力的影響，表面張力及界面切應(yīng)力將發(fā)生明顯變化，其兩相流凝結(jié)過(guò)程中的環(huán) 狀流、間隙流、波狀流、彈狀流、分層柱塞、珠狀凝結(jié)等流動(dòng)變化特性及其流阻特性將凸顯出 來(lái)。流型、流動(dòng)穩(wěn)定性、液膜剝離、凝珠匯流將發(fā)生打的變化。結(jié)果使其流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)特 性更趨復(fù)雜。流動(dòng)和傳熱的不穩(wěn)定性，對(duì)蒸發(fā)器和冷凝器燒毀、震動(dòng)，壓縮機(jī)震動(dòng)、液擊等不 利影響起到推波助瀾之作用。動(dòng)載作用下兩相流的復(fù)雜性成了其設(shè)備發(fā)展瓶頸，進(jìn)而影響 到其在航空航天技術(shù)上的應(yīng)用。由于其復(fù)雜性，蒸發(fā)循環(huán)環(huán)控系統(tǒng)排在五種環(huán)控系統(tǒng)的末 尾。但它難以替代的大制冷能力及低能耗又極其誘人。經(jīng)過(guò)多年的努力，蒸發(fā)制冷系統(tǒng)已 應(yīng)用在F-15A、F-22、GrUmman E-2C等有限的幾種作戰(zhàn)飛機(jī)上。機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷子系統(tǒng)目 前仍是西方先進(jìn)國(guó)家飛行器環(huán)境控制系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。由于保密緣故，很難獲得該體統(tǒng)具 體的研究數(shù)據(jù)。我國(guó)高性能戰(zhàn)斗機(jī)及大型運(yùn)輸機(jī)的發(fā)展，迫切需要為機(jī)載電子設(shè)備提供一 個(gè)合適的工作環(huán)境，提高其可靠性和使用壽命。機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)的研發(fā)，勢(shì)在必行。飛行器的加速和機(jī)動(dòng)飛行中，過(guò)載可以達(dá)到9個(gè)G或更高。這些動(dòng)載荷必然作用于 飛行器中的每個(gè)系統(tǒng)、每個(gè)部件、每個(gè)成員。機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)及其主要部件——壓縮機(jī)、 蒸發(fā)器、冷凝器毫不例外要受到過(guò)載的作用。制冷劑的蒸發(fā)、凝結(jié)及流動(dòng)和傳熱過(guò)程都會(huì)受 到動(dòng)載作用的影響，進(jìn)而影響部件和系統(tǒng)的性能。所以，蒸發(fā)制冷循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行的 可靠性，將在很大程度上依賴于動(dòng)載作用下制冷劑的冷凝機(jī)理的充分認(rèn)識(shí)。因此，動(dòng)載作用 下蒸汽的冷凝研究就顯得尤為重要。現(xiàn)階段蒸汽冷凝實(shí)驗(yàn)研究大多停留在地面靜止?fàn)顟B(tài)，這樣得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能滿 足飛機(jī)機(jī)動(dòng)飛行時(shí)產(chǎn)生動(dòng)載狀態(tài)的要求。動(dòng)載的出現(xiàn)，使得地面上的很多研究成果在飛機(jī) 上并不一定仍然成立，靜止方式的實(shí)驗(yàn)方法的缺陷是無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)載對(duì)于蒸汽冷凝性能的影 響，因此我們要得到在飛機(jī)上仍然適合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)環(huán)境必須要有動(dòng)載作用。對(duì)于飛行 動(dòng)載作用下的蒸汽冷凝研究方面，鮮見(jiàn)相關(guān)的研究報(bào)道。這主要是因?yàn)轱w行動(dòng)載狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)有一定的困難。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)載狀態(tài)，現(xiàn)今許多包含飛行載荷狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)往往需要把整套設(shè)備和測(cè) 量?jī)x器都安裝到飛機(jī)上進(jìn)行跟機(jī)實(shí)驗(yàn)。因?yàn)轱w行載荷是由飛機(jī)高速機(jī)動(dòng)飛行時(shí)轉(zhuǎn)彎所產(chǎn)生 的向心力造成的，所以在進(jìn)行飛行載荷狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)時(shí)，飛機(jī)只有長(zhǎng)時(shí)間地做加速、減速、 高速轉(zhuǎn)彎、橫滾、快速俯沖拉起等危險(xiǎn)動(dòng)作才會(huì)獲得持續(xù)的過(guò)載。這種情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的安 全性比較差，容易發(fā)生飛行事故和損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備。此外由于只有適合飛行條件的天氣出現(xiàn) 時(shí)飛機(jī)才能上天飛行，導(dǎo)致跟機(jī)實(shí)驗(yàn)受天氣的影響較大；還有就是跟機(jī)實(shí)驗(yàn)次數(shù)越多，飛行 次數(shù)也就越多，實(shí)驗(yàn)成本就會(huì)相應(yīng)很高。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有人設(shè)想在地面利用長(zhǎng)直軌道加速以模擬飛行動(dòng)載狀態(tài)，可以不必 進(jìn)行跟機(jī)實(shí)驗(yàn)，但是由于這種方法需要上千米長(zhǎng)的加速軌道，占用了很大的實(shí)驗(yàn)空間，實(shí)現(xiàn) 起來(lái)很不容易，而且動(dòng)載的大小也很難依據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。動(dòng)載作用下兩相流 的地面模擬方法還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，能夠在動(dòng)載條件下有效地進(jìn)行兩相流數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)檢測(cè)的 方法仍在探索中。申請(qǐng)?zhí)枮?00810018737. 0的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種飛行載荷作用下兩相流地 面模擬測(cè)試方法及裝置，該方法利用飛行動(dòng)載模擬平臺(tái)模擬飛機(jī)動(dòng)載狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)盤(pán) 的旋轉(zhuǎn)速度獲得不同的向心加速度，以模擬飛行載荷狀態(tài)。該裝置由飛行動(dòng)載模擬平臺(tái)及 兩相流測(cè)試系統(tǒng)組成。其中兩相流測(cè)試系統(tǒng)由流動(dòng)水循環(huán)系統(tǒng)、流體參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)及數(shù)據(jù) 采集保存系統(tǒng)組成。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)本方法及裝置僅能實(shí)現(xiàn)沸騰水兩相流，或摻雜空氣的 沸騰水三相流的實(shí)驗(yàn)研究，但是不能實(shí)現(xiàn)蒸汽冷凝實(shí)驗(yàn)研究。而蒸汽冷凝實(shí)驗(yàn)研究能夠獲 得運(yùn)動(dòng)動(dòng)載下管內(nèi)氣液兩相流凝結(jié)過(guò)程中的環(huán)狀流、間隙流、波狀流、分層柱塞、珠狀凝結(jié)、 相間參雜特征及流阻特性；獲得運(yùn)動(dòng)動(dòng)載下流動(dòng)凝結(jié)過(guò)程中液膜形成、增長(zhǎng)、變化及其凝結(jié) 液滴形成、凝珠匯流變化的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；獲取運(yùn)動(dòng)動(dòng)載下兩相流的傳熱傳質(zhì)特性。
實(shí)用新型內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種在地面上建立并可以實(shí)現(xiàn)飛行載荷作用下蒸氣冷凝 地面模擬測(cè)試裝置。一種地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置，由飛行動(dòng)載模擬平臺(tái)以及安裝 于平臺(tái)上的多相流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成，其中飛行動(dòng)載模擬平臺(tái)由轉(zhuǎn)盤(pán)、電動(dòng)機(jī)、調(diào)速裝置、機(jī)架 組成；其特征在于上述多相流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括蒸汽回路、低溫冷卻劑回路、測(cè)試設(shè)備、實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)采集保存設(shè)備；上述蒸汽回路包括高壓水箱；其中高壓水箱包括設(shè)有高壓腔進(jìn)氣口和 高壓腔出水口的高壓腔，及設(shè)有低壓腔進(jìn)氣口和低壓腔進(jìn)水口的低壓腔；上述高壓水箱通 過(guò)高壓腔出水口依此連接一次加熱器、二次加熱器、透明試驗(yàn)管，再流回低壓腔進(jìn)水口 ；上 述高壓腔進(jìn)氣口還與第一氣瓶相連，上述低壓腔進(jìn)氣口還與第三氣瓶相連；上述低溫冷卻 劑回路包括低壓水箱；其中低壓水箱也包括設(shè)有高壓腔進(jìn)氣口和高壓腔出水口的高壓腔， 及設(shè)有低壓腔進(jìn)氣口和低壓腔進(jìn)水口的低壓腔；上述低壓水箱通過(guò)高壓腔出水口依此連接 冷卻套管、制冷機(jī)組流回上述低壓腔進(jìn)水口 ；上述高壓腔進(jìn)氣口還與第二氣瓶相連，上述低 壓腔進(jìn)氣口還與第三氣瓶相連；上述冷卻套管套于上述透明試驗(yàn)管外部組成試驗(yàn)管段；上 述測(cè)試設(shè)備包括電磁流量計(jì)、壓力傳感器、壓差傳感器、溫度傳感器、空隙率測(cè)試儀、即時(shí)轉(zhuǎn) 速測(cè)試儀；上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集保存設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集模塊、高速相機(jī)、筆記本電腦。利用上述地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置的擬測(cè)試方法，其特征包括
4以下過(guò)程(1)、利用飛行動(dòng)載模擬平臺(tái)模擬飛行器機(jī)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)平臺(tái)轉(zhuǎn)速獲得不同 大小的動(dòng)載荷，從而模擬飛行器機(jī)動(dòng)時(shí)的動(dòng)載狀態(tài)；(2)利用多相流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行蒸汽冷 凝測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究。工作原理高壓氣瓶將蒸汽回路水箱的水?dāng)D壓出后流經(jīng)一次加熱器加熱，接著流 入二次加熱器，再流入試驗(yàn)管段，由于一次加熱器的加熱量不足以把水加熱到沸騰狀態(tài)并 產(chǎn)生許多蒸汽，因此設(shè)置二次加熱器，水在二次加熱器內(nèi)被全部轉(zhuǎn)換成蒸汽，從而流入透明 試驗(yàn)管，然后通過(guò)管路流回水箱，形成一個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)。透明試驗(yàn)管前后安裝壓力傳感器、 壓差傳感器、電磁流量計(jì)、空隙率測(cè)試儀和溫度傳感器。所有測(cè)量流體參數(shù)的傳感器通過(guò)數(shù) 據(jù)采集模塊和筆記本電腦連接，這樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就可以實(shí)時(shí)的保存下來(lái)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)調(diào) 整旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，獲得不同的水平向心加速度，以模擬不同的飛行過(guò)載。蒸汽凝結(jié)及其 測(cè)試系統(tǒng)均固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)載作用蒸汽的凝結(jié)、流動(dòng)和換熱性能實(shí)驗(yàn)。本實(shí) 驗(yàn)平臺(tái)的輸運(yùn)動(dòng)力未采用水泵而是用的性能更加穩(wěn)定的氣瓶，這樣做的目的是減少平臺(tái)的 震動(dòng)，從而減少震動(dòng)對(duì)各精密傳感器的機(jī)械影響和電磁影響，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性更高。上述蒸汽回路中在一次加熱器前可以安裝一個(gè)氣液混合器，氣液混合器的一個(gè)入 口與高壓水箱出水口相連，另一入口與第一氣瓶相連，其出口與所描述的一次加熱器連接。 這樣組成一條進(jìn)氣支路。它的作用在于可以在蒸汽中混入一定量的空氣，用以進(jìn)行空氣、蒸 汽、水三相流實(shí)驗(yàn)研究。研究更加復(fù)雜的流動(dòng)、凝結(jié)和換熱情況。上述飛行動(dòng)載模擬平臺(tái)上還可以裝有即時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)試裝置。調(diào)節(jié)平臺(tái)轉(zhuǎn)速可以獲得 不同的動(dòng)載荷，同時(shí)安裝在平臺(tái)上的即時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)試裝置能夠感知平臺(tái)的即時(shí)轉(zhuǎn)速，并通過(guò) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)隨時(shí)記錄下來(lái)。上述空中運(yùn)動(dòng)載荷作用下蒸汽冷凝地面模擬測(cè)試裝置，透明實(shí)驗(yàn)管段可徑向或周 向布置或垂直布置，并可調(diào)節(jié)其傾斜的角度，從而模擬不同方向上的動(dòng)載荷。徑向時(shí)流體流 動(dòng)方向與轉(zhuǎn)臺(tái)直徑方向一致，與過(guò)載方向相同或相反，可模擬飛行器直線加速或減速時(shí)的 情形。周向時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試管段沿圓周方向布置，流體流動(dòng)方向沿管段與轉(zhuǎn)臺(tái)的圓周切線方向 一致，與過(guò)載方向垂直，可模擬飛行器快速轉(zhuǎn)彎、俯沖或拉起時(shí)的情形。垂直時(shí)實(shí)驗(yàn)管段與 平臺(tái)面垂直布置，流體流動(dòng)方向與平臺(tái)垂直，可模擬飛行器做翻滾動(dòng)作。上述空中機(jī)動(dòng)載荷作用下蒸汽冷凝地面模擬測(cè)試裝置，在透明測(cè)試管附近設(shè)置有 高速數(shù)碼攝像機(jī)，可以拍攝和記錄透明試驗(yàn)管中蒸汽的凝結(jié)和流動(dòng)狀態(tài)。利用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可以在地面模擬空中機(jī)動(dòng)載荷。將其與蒸汽冷凝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)了飛行動(dòng)載下的蒸汽凝結(jié)、流動(dòng)和傳熱性能的地面實(shí)驗(yàn)研究。利用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可以在地面模擬空中機(jī)動(dòng)載荷，解決了機(jī)動(dòng)載荷實(shí)驗(yàn)必須上飛機(jī)做 的問(wèn)題，與通過(guò)飛機(jī)長(zhǎng)時(shí)間地做高機(jī)動(dòng)的危險(xiǎn)動(dòng)作來(lái)產(chǎn)生動(dòng)載狀態(tài)的方法相比，安全性要 好，不容易損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備，不會(huì)發(fā)生飛行事故。相對(duì)于飛行實(shí)驗(yàn)的很高的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，節(jié)約了 很大的成本，動(dòng)載大小可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求改變轉(zhuǎn)速而進(jìn)行調(diào)節(jié)，動(dòng)載大小可以控制，動(dòng)載方 向可以通過(guò)改變透明測(cè)試管段的擺放位置而調(diào)節(jié)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝在室內(nèi)，因此實(shí)驗(yàn)時(shí) 間不受天氣狀況的影響。利用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)模擬運(yùn)動(dòng)載荷狀態(tài)相對(duì)于用直軌道加速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載模擬方法有很 大的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)載模擬可以在普通實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，不需要很長(zhǎng)的加速軌道，相對(duì)于直 線加速上千米長(zhǎng)的軌道，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)節(jié)省了空間和費(fèi)用，比較容易實(shí)現(xiàn)且受環(huán)境影響較小。[0020]運(yùn)動(dòng)載荷下的蒸汽冷凝測(cè)試裝置可以在動(dòng)載變化過(guò)程中很好地實(shí)現(xiàn)、控制與測(cè) 量，進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集與保存，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和靜止?fàn)顟B(tài)對(duì)比可以得到動(dòng)載狀態(tài)對(duì)于蒸 汽冷凝的影響，解決了動(dòng)載狀態(tài)條件下難以實(shí)現(xiàn)的電力傳遞、循環(huán)流動(dòng)、加熱和實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè) 試問(wèn)題。該系統(tǒng)具有蒸汽生成和凝結(jié)測(cè)試功能?？梢詫?shí)時(shí)測(cè)量流動(dòng)空隙率并將測(cè)試的數(shù)據(jù) 實(shí)時(shí)保存在筆記本電腦中。實(shí)驗(yàn)測(cè)試管采用透明耐高溫玻璃管，可以看到內(nèi)部流體的流動(dòng) 情況，通過(guò)高速數(shù)碼攝像機(jī)可以拍攝記錄透明管中蒸汽冷凝和流動(dòng)狀態(tài)。綜上所述，與直軌道加速和飛行實(shí)驗(yàn)相比，該項(xiàng)發(fā)明使得動(dòng)載作用下蒸汽冷凝、流 動(dòng)和傳熱特性實(shí)驗(yàn)更容易控制、更經(jīng)濟(jì)、更安全。蒸汽冷凝測(cè)試裝置可控性強(qiáng)，實(shí)時(shí)性好。通過(guò)地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置，我們能夠獲得運(yùn)動(dòng)動(dòng)載下管內(nèi) 氣液兩相流凝結(jié)過(guò)程中的環(huán)狀流、間隙流、波狀流、分層柱塞、珠狀凝結(jié)、相間參雜特征及 流阻特性；獲得運(yùn)動(dòng)動(dòng)載下流動(dòng)凝結(jié)過(guò)程中液膜形成、增長(zhǎng)、變化及其凝結(jié)液滴形成、凝珠 匯流變化的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；獲取運(yùn)動(dòng)動(dòng)載下兩相流的傳熱傳質(zhì)特性。氣瓶動(dòng)力的使用使得地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置工作時(shí)震動(dòng)更 小，性能更加穩(wěn)定，從而減少震動(dòng)對(duì)各精密傳感器的機(jī)械影響和電磁影響，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可 靠性更高；氣液混合器的加入拓寬了地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置的使用范 圍，提升了平臺(tái)的使用價(jià)值；同時(shí)本平臺(tái)還能獲得即時(shí)動(dòng)載荷的大小，更加有利于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 的分析；對(duì)于模塊化的試驗(yàn)段布置，更可以按照實(shí)驗(yàn)的要求任意角度安裝，便于研究不同方 向動(dòng)載荷下的蒸汽冷凝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖1是空中運(yùn)動(dòng)載荷模擬裝置示意圖。其中圖1(a)為主視圖，圖1(b)為俯視圖。 其圖中標(biāo)號(hào)名稱1、機(jī)架；2、防護(hù)網(wǎng)；3、轉(zhuǎn)盤(pán)；4、電刷裝置；5、電動(dòng)機(jī)；9、護(hù)欄。圖2是蒸汽冷凝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。其中圖2中粗實(shí)線代表管路，虛線代表信號(hào)或 信號(hào)采集線路。其圖中標(biāo)號(hào)名稱11、低壓水箱；12、高壓水箱；13、第二氣瓶；14、第一氣瓶； 15、第三氣瓶；16、電磁流量計(jì)；17、電磁閥；18、氣液混合器；19、一次加熱器；20、二次加熱 器；21、透明試驗(yàn)管；22、冷卻套管；23、高速攝像機(jī)；24、空隙率測(cè)試儀；25、數(shù)據(jù)采集模塊； 26、筆記本電腦；27、配電箱；28、即時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)試儀；29、制冷機(jī)組；30、泄壓閥。圖3是透明測(cè)試管段示意圖。圖中箭頭所示分別為蒸汽入口和冷卻水入口 ；圖中 T代表溫度測(cè)點(diǎn)位置分布；P代表壓力測(cè)點(diǎn)位置分布；φ代表空隙率測(cè)點(diǎn)位置分布。
具體實(shí)施方案結(jié)合圖1進(jìn)一步介紹空中運(yùn)動(dòng)載荷模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組成。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的高速旋轉(zhuǎn)要 求實(shí)驗(yàn)裝置要有很牢固的水泥地基。電動(dòng)機(jī)5和轉(zhuǎn)盤(pán)3都固定在機(jī)架1上，這樣才可以保 證整個(gè)平臺(tái)在運(yùn)行的時(shí)候牢固、平穩(wěn)。轉(zhuǎn)盤(pán)3通過(guò)軸承與機(jī)架1連接，轉(zhuǎn)盤(pán)3的中軸通過(guò)皮 帶和電動(dòng)機(jī)5連接起來(lái)，電動(dòng)機(jī)5通過(guò)皮帶帶動(dòng)平臺(tái)高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速通過(guò)即時(shí)測(cè)速裝 置獲得其轉(zhuǎn)速，從而得知其動(dòng)載大小。電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速由變頻器來(lái)控制和調(diào)節(jié)，變頻器安裝 在平臺(tái)的外面。由于電動(dòng)機(jī)5用的是三相動(dòng)力線，所以整個(gè)平臺(tái)的電線要有接地保護(hù)。由 于轉(zhuǎn)盤(pán)3高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)不可避免的帶有一定的危險(xiǎn)性。為保障實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安全，在建有防 護(hù)墻的情況下，安裝了不銹鋼制的防護(hù)網(wǎng)。[0028]結(jié)合圖2進(jìn)一步介紹蒸汽冷凝地面模擬測(cè)試裝置的組成。第一氣瓶14將蒸汽回 路的水?dāng)D壓進(jìn)回路，流經(jīng)電磁流量計(jì)16、電磁閥17進(jìn)入一次加熱器19加熱至沸騰，再流入 二次加熱器20再次加熱將水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，蒸汽再流入透明試?yàn)管21對(duì)其冷凝，然后冷凝過(guò) 的水流回高壓水箱12，這樣形成一個(gè)循環(huán)回路系統(tǒng)。透明測(cè)試管前后安裝壓力傳感器、壓差 傳感器、電磁流量計(jì)、空隙率測(cè)試儀和溫度傳感器。冷卻回路的第二氣瓶13將低壓冷卻水 回路的水壓進(jìn)冷卻回路，進(jìn)入冷卻套管22冷卻蒸汽，再經(jīng)過(guò)制冷機(jī)組29將水溫降至正常， 之后又流回低壓冷卻水箱11。所有測(cè)量流體參數(shù)的傳感器通過(guò)數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊25和筆 記本電腦26相連接，這樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就可以保存下來(lái)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤(pán)的速度獲得 不同的機(jī)動(dòng)載荷，通過(guò)即時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)試儀28可以測(cè)得轉(zhuǎn)盤(pán)的即時(shí)轉(zhuǎn)速，從而獲得即時(shí)的動(dòng)載 大小。透明實(shí)驗(yàn)管段可徑向或周向布置或垂直布置，并可調(diào)節(jié)其傾斜的角度。徑向時(shí)流體 流動(dòng)方向與轉(zhuǎn)臺(tái)直徑方向一致，與過(guò)載方向相同或相反，可模擬飛行器直線加速或減速時(shí) 的情形。周向時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試管段沿圓周方向布置，流體流動(dòng)方向沿管段與轉(zhuǎn)臺(tái)的圓周切線方 向一致，與過(guò)載方向垂直，可模擬飛行器快速轉(zhuǎn)彎、俯沖或拉起時(shí)的情形。垂直時(shí)實(shí)驗(yàn)管段 與平臺(tái)面垂直布置，流體流動(dòng)方向與平臺(tái)垂直，可模擬飛行器做翻滾動(dòng)作。蒸汽冷凝管路系統(tǒng)及其測(cè)試系統(tǒng)均固定在空中運(yùn)動(dòng)載荷模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，進(jìn)而實(shí) 現(xiàn)動(dòng)載作用下蒸汽冷凝、流動(dòng)和換熱性能的實(shí)驗(yàn)。上述蒸汽回路中在一次加熱器19前可以安裝一個(gè)氣液混合器18，氣液混合器的 一個(gè)入口與電磁閥I7出水口相連，另一入口與第一氣瓶I4相連，其出口與所描述的一次加 熱器19連接。這樣組成一條進(jìn)氣支路。它的作用在于可以在蒸汽中混入一定量的空氣，用 以研究更加復(fù)雜的具有三相的流動(dòng)、凝結(jié)和換熱情況。平臺(tái)上所有設(shè)備用電都由配電箱17供給。結(jié)合圖2及3所示，進(jìn)一步介紹透明試驗(yàn)管21內(nèi)傳感器位置。如圖所示在透透明 試驗(yàn)管21的內(nèi)壁分別設(shè)有5個(gè)測(cè)溫面，溫度傳感器的探頭伸入透明試驗(yàn)管21內(nèi)壁。5個(gè)測(cè) 溫面第一個(gè)用來(lái)測(cè)量蒸汽冷凝前的流體溫度，第2、3、4個(gè)用來(lái)測(cè)量冷凝中的流體溫度，最 后一個(gè)用來(lái)測(cè)量冷凝后的流體溫度。
權(quán)利要求一種地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置，由飛行動(dòng)載模擬平臺(tái)以及安裝于平臺(tái)上的多相流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成，其中飛行動(dòng)載模擬平臺(tái)由轉(zhuǎn)盤(pán)(3)、電動(dòng)機(jī)(5)、調(diào)速裝置、機(jī)架(1)組成；其特征在于上述多相流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括蒸汽回路、低溫冷卻劑回路、測(cè)試設(shè)備、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集保存設(shè)備；上述蒸汽回路包括高壓水箱(12)；其中高壓水箱(12)包括設(shè)有高壓腔進(jìn)氣口和高壓腔出水口的高壓腔，及設(shè)有低壓腔進(jìn)氣口和低壓腔進(jìn)水口的低壓腔；上述高壓水箱(12)通過(guò)高壓腔出水口依此連接一次加熱器(9)、二次加熱器(10)、透明試驗(yàn)管(11)，再流回低壓腔進(jìn)水口；上述高壓腔進(jìn)氣口還與第一氣瓶(14)相連，上述低壓腔進(jìn)氣口還與第三氣瓶(15)相連；上述低溫冷卻劑回路包括低壓水箱(11)；其中低壓水箱(11)也包括設(shè)有高壓腔進(jìn)氣口和高壓腔出水口的高壓腔，及設(shè)有低壓腔進(jìn)氣口和低壓腔進(jìn)水口的低壓腔；上述低壓水箱(11)通過(guò)高壓腔出水口依此連接冷卻套管(22)、制冷機(jī)組(29)流回上述低壓腔進(jìn)水口；上述高壓腔進(jìn)氣口還與第二氣瓶(13)相連，上述低壓腔進(jìn)氣口還與第三氣瓶(15)相連；上述冷卻套管(22)套于上述透明試驗(yàn)管(21)外部組成試驗(yàn)管段；上述測(cè)試設(shè)備包括電磁流量計(jì)、壓力傳感器、壓差傳感器、溫度傳感器、空隙率測(cè)試儀、即時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)試儀；上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集保存設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集模塊、高速相機(jī)、電腦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置，其特征在于 在高壓水箱(12)與一次加熱器(19)之間設(shè)有氣液混合器(18)，同時(shí)第一氣瓶(14)有另一 出氣口與氣液混合器(18)相連以用于需要?dú)庀嗟膶?shí)驗(yàn)研究。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置，其特征在于 上述飛行動(dòng)載模擬平臺(tái)上還裝有即時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)試裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置，其特征在于 所述的試驗(yàn)管段在飛行動(dòng)載模擬平臺(tái)上呈徑向或周向布置，并可調(diào)節(jié)其傾斜角度。
專利摘要一種地面模擬空中運(yùn)動(dòng)載荷下蒸汽冷凝測(cè)試裝置，屬于兩相流實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。該裝置特點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中蒸汽回路和低溫冷卻劑回路。蒸汽回路中高壓水箱(12)通過(guò)高壓水箱出水口依此連接一次加熱器(9)、二次加熱器(10)、透明試驗(yàn)管(11)，再流回低壓腔進(jìn)水口；高壓腔進(jìn)氣口還與第一氣瓶(14)相連，低壓腔進(jìn)氣口還與第三氣瓶(15)相連。低溫冷卻劑回路中低壓水箱(11)通過(guò)高壓腔出水口依此連接冷卻套管(22)、制冷機(jī)組(29)流回上述低壓腔進(jìn)水口；高壓腔進(jìn)氣口還與第二氣瓶(13)相連，低壓腔進(jìn)氣口還與第三氣瓶(15)相連。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)飛行載荷作用下蒸氣冷凝地面模擬測(cè)試。
文檔編號(hào)G01N11/00GK201653943SQ200920188228
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者單紹榮, 宋保銀, 曹業(yè)玲 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)