專利名稱：激波加載雙排模型球陣動(dòng)態(tài)力直接測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)態(tài)力直接測(cè)量裝置，尤其是涉及一種激波加載雙排模型球陣動(dòng)態(tài)力直接測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
激波與固體顆粒群的相互作用普遍存在于超聲速氣固兩相流中，涉及醫(yī)療衛(wèi)生、清潔能源、材料表面處理、安全防控和航空航天等眾多領(lǐng)域，具體應(yīng)用例如粉末無針注射器、含塵燃?xì)獬曀俜蛛x、脈沖式粉末滅火器、超音速冷噴涂、固體燃料助推器噴嘴等。開展激波誘導(dǎo)的氣固兩相流研究，其關(guān)鍵科學(xué)問題之一是揭示激波與固體顆粒群的相互作用機(jī)理，掌握激波加載顆粒群的動(dòng)態(tài)力，而實(shí)驗(yàn)研究則是解決該問題的行之有效的手段之一，這就依賴為此專門設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置。前人利用激波管風(fēng)洞產(chǎn)生激波，其一是基于光學(xué)方法，即利用高速攝影技術(shù)獲得激波及波后氣流驅(qū)動(dòng)下的顆粒群運(yùn)動(dòng)圖像，獲得速度、加速度數(shù)據(jù)，從而確定顆粒群受力，其主要缺陷是氣相參數(shù)不能精確控制與測(cè)量；其二是針對(duì)單球或者若干球模型，開展有效阻力的直接測(cè)量，其主要缺陷是不能合理考慮顆粒群的空間排布或者臨近顆粒的激波與尾跡渦結(jié)構(gòu)干涉的影響
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種激波加載雙排模型球陣動(dòng)態(tài)力直接測(cè)量裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明包括高壓氣源、驅(qū)動(dòng)段、膜片、被驅(qū)動(dòng)段、測(cè)試段、金屬絲、模型球和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)段的一端與被驅(qū)動(dòng)段的一端用膜片連接組成激波管，高壓氣源與驅(qū)動(dòng)段的另一端相連，測(cè)試段的一端與被驅(qū)動(dòng)段的另一端相連，測(cè)試段內(nèi)模型球中的加速度計(jì)傳感器弓I線與高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。所述測(cè)試段軸向圓柱面上開有兩排等距分布的小孔，每排孔的同一徑向截面均開有36等分分布的小孔,測(cè)試段安裝多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的模型球,每個(gè)模型球均一分為二,上半球頂部有一個(gè)連接孔，用金屬絲和固定膠與模型球上半球連接，上半球底部對(duì)稱有兩個(gè)螺紋孔，下半球底部有一個(gè)的連接孔，用于金屬絲和固定膠與模型球下半球的連接，下半球頂部中心一個(gè)有加速度計(jì)傳感器安裝孔，用于安裝加速度計(jì)傳感器，加速度計(jì)傳感器安裝孔底部側(cè)面有一個(gè)信號(hào)線輸出孔，下半球底部對(duì)稱有兩個(gè)螺紋孔與上半球的兩個(gè)螺紋孔用螺釘連接，如此將模型球經(jīng)金屬絲串聯(lián)形成球陣模型固定于測(cè)試段孔內(nèi)，與模型球個(gè)數(shù)相同的加速度計(jì)傳感器引線與高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)行動(dòng)態(tài)力測(cè)量。所述的測(cè)試段為透明有機(jī)玻璃圓管，測(cè)試段兩排孔的孔徑均為￠1.5mm。所述的球陣模型為正排模型和錯(cuò)排模型。本發(fā)明具有的有益效果是:
本發(fā)明的測(cè)試段是透明的有機(jī)玻璃管，可進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，測(cè)試段有雙排孔，每排孔的同一徑向截面均勻分布的36個(gè)小孔，能精確控制模型球數(shù)量、排布、間距，形成實(shí)驗(yàn)所需的不同模型球陣，利用加速度計(jì)傳感器與高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)激波加載顆粒群動(dòng)態(tài)力的直接測(cè)量，用高速攝影儀和紋影儀拍攝激波與模型球相互作用過程，結(jié)合光學(xué)測(cè)量和力的直接測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激波與顆粒群相互作用機(jī)理以及激波誘導(dǎo)顆粒群動(dòng)態(tài)阻力系數(shù)模型的實(shí)驗(yàn)研究。為后續(xù)的研究提供了一種很好的實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)試方法。


圖1是激波管實(shí)驗(yàn)的總體布置圖。圖2是模型球裝配剖面圖。圖3是模型球上半球剖面圖。圖4是模型球下半球剖面圖。圖5是模型球陣正排模型圖。圖6是模型球陣錯(cuò)排模型圖。圖中:1、高壓氣源，2、驅(qū)動(dòng)段，3、膜片，4、被驅(qū)動(dòng)段，5、測(cè)試段，6、金屬絲，7、模型球，8、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，9、固定膠，10、下半球，11、上半球，12、加速度計(jì)傳感器，13、螺釘，14、螺紋孔，15、連接孔，16、信號(hào)線輸出孔，17、加速度計(jì)傳感器安裝孔，18、兩排等距分布的小孔，19、球陣模型，20、正排模型，21、錯(cuò)排模型。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1所示，包括高壓氣源1、驅(qū)動(dòng)段2、膜片3、被驅(qū)動(dòng)段4、測(cè)試段5、金屬絲6、模型球7和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8 ;驅(qū)動(dòng)`段2的一端與被驅(qū)動(dòng)段4的一端用膜片3連接組成激波管，高壓氣源I與驅(qū)動(dòng)段2的另一端相連，測(cè)試段5的一端與被驅(qū)動(dòng)段4的另一端相連，測(cè)試段5內(nèi)模型球7中的加速度計(jì)傳感器12引線與高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8連接。如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，所述測(cè)試段5軸向圓柱面上開有兩排等距分布的小孔18，每排孔的同一徑向截面均開有36等分分布的小孔18，測(cè)試段5安裝多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的模型球7，每個(gè)模型球7均一分為二，上半球11頂部有一個(gè)連接孔15，用金屬絲6和固定膠9與模型球上半球11連接，上半球11底部對(duì)稱有兩個(gè)螺紋孔14，下半球10底部有一個(gè)的連接孔15，用于金屬絲6和固定膠9與模型球下半球10的連接，下半球10頂部中心一個(gè)有加速度計(jì)傳感器安裝孔17，用于安裝加速度計(jì)傳感器(TST266A01) 12，加速度計(jì)傳感器安裝孔17底部側(cè)面有一個(gè)信號(hào)線輸出孔16，下半球10底部對(duì)稱有兩個(gè)螺紋孔14與上半球的兩個(gè)螺紋孔14用螺釘13連接，如此將模型球7經(jīng)金屬絲6串聯(lián)形成球陣模型19固定于測(cè)試段5孔內(nèi)，與模型球7個(gè)數(shù)相同的加速度計(jì)傳感器12引線與高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(TST5910) 8相連，實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)行動(dòng)態(tài)力測(cè)量。所述的測(cè)試段5為透明有機(jī)玻璃圓管，測(cè)試段5兩排孔的孔徑均為￠1.5mm。所述的模型球I是直徑為040mm的不銹鋼球，每個(gè)模型球I都有兩個(gè)直徑為C>4mm的螺紋孔和兩個(gè)相互垂直、直徑為O 1.5mm的小孔，由O 1.2mm的金屬絲5穿連并固定在測(cè)試段5的透明有機(jī)玻璃圓管內(nèi)，結(jié)合測(cè)試段壁面均布小孔，形成數(shù)量、排布、間距不同的球陣模型。
如圖5所示，所述的球陣模型為正排模型20，正排模型第一排的連接方式如下:金屬絲I的A端固定在測(cè)試段有機(jī)玻璃管外面，金屬絲I的B端連接模型球a水平靠近測(cè)試段有機(jī)玻璃管內(nèi)壁的一端，金屬絲2的C端連接模型球a水平的另一端，金屬絲2的D端連接模型球b水平的一端，金屬絲3的E端連接模型球b的水平靠近測(cè)試段有機(jī)玻璃管內(nèi)壁的另一端，金屬絲3的F端固定在測(cè)試段有機(jī)玻璃管外面，金屬絲4的G端固定在測(cè)試段有機(jī)玻璃管外面，金屬絲4的H端連接模型球a垂直靠近測(cè)試段有機(jī)玻璃管內(nèi)壁的一端，金屬絲5的I端連接模型球a垂直的另一端，金屬絲5的J端連接模型球c垂直的一端，金屬絲6的K端連接模型球c的垂直靠近測(cè)試段有機(jī)玻璃管內(nèi)壁的另一端，金屬絲6的L端固定在測(cè)試段有機(jī)玻璃管外面，金屬絲7的M端固定在測(cè)試段有機(jī)玻璃管外面，金屬絲7的N端連接模型球c水平靠近測(cè)試段有機(jī)玻璃管內(nèi)壁的一端，金屬絲8的P端連接模型球c水平的另一端，金屬絲8的Q端連接模型球d水平的一端，金屬絲9的R端連接模型球d的水平靠近測(cè)試段有機(jī)玻璃管內(nèi)壁的另一端，金屬絲9的S端固定在測(cè)試段有機(jī)玻璃管外面，金屬絲10的T端固定在測(cè)試段有機(jī)玻璃管外面，金屬絲10的U端連接模型球b垂直靠近測(cè)試段有機(jī)玻璃管內(nèi)壁的一端，金屬絲11的V端連接模型球b垂直的另一端,金屬絲11的W端連接模型球d垂直的一端，金屬絲12的X端連接模型球d的垂直靠近測(cè)試段有機(jī)玻璃管內(nèi)壁的另一端，金屬絲12的Y端固定在測(cè)試段有機(jī)玻璃管外面，如此串聯(lián)形成第一排模型球陣，第二排模型球陣的連接方式 與第一排模型球陣的連接方式完全一樣。如圖6所示，所述的球陣模型為錯(cuò)排模型21，錯(cuò)排模型第一排模型球陣相對(duì)于第二排模型球陣整體旋轉(zhuǎn)90度，錯(cuò)排模型的連接方式和正排模型的連接方式完全一樣。本發(fā)明的工作原理如下:
激波管實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示，模型球7分為上、下半球如圖3，圖4所示，下半球10有加速度計(jì)傳感器安裝孔17，加速度計(jì)傳感器12安裝在下半球10中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激波加載顆粒群非穩(wěn)態(tài)受力的直接測(cè)量，用螺釘13將上、下兩半球連接在一起，上、下兩半球均有連接孔15，金屬絲6通過連接孔15、固定膠9與上、下半球連接在一起，測(cè)試段為透明的有機(jī)玻璃管，可以進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，測(cè)試段有兩排孔，每排孔的同一徑向截面開有等分分布的小 L，可以形成數(shù)量、排布、間距不等的模型球陣，如圖5、圖6所示，驅(qū)動(dòng)段2與被驅(qū)動(dòng)段4用膜片隔開，不同厚度的膜片可以形成不同的激波馬赫數(shù)。壓縮氣體從高壓氣源I進(jìn)入驅(qū)動(dòng)段2，驅(qū)動(dòng)段2與被驅(qū)動(dòng)段4之間壓差達(dá)到一定值后，膜片破裂，產(chǎn)生激波，激波對(duì)模型球陣產(chǎn)生沖擊力，模型球中的加速度計(jì)傳感器測(cè)得模型球受到的沖擊力，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存儲(chǔ)力信號(hào)，壓縮氣體進(jìn)入驅(qū)動(dòng)段2時(shí)，打開高速攝影儀(VW-6000)開始拍攝。結(jié)合光學(xué)測(cè)量和力的直接測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激波與顆粒群相互作用機(jī)理以及激波誘導(dǎo)顆粒群動(dòng)態(tài)阻力系數(shù)模型的實(shí)驗(yàn)研究。
權(quán)利要求
1.一種激波加載雙排模型球陣動(dòng)態(tài)力直接測(cè)量裝置，其特征在于:包括高壓氣源(I)、驅(qū)動(dòng)段(2)、膜片(3)、被驅(qū)動(dòng)段(4)、測(cè)試段(5)、金屬絲￠)、模型球(7)和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8);驅(qū)動(dòng)段(2)的一端與被驅(qū)動(dòng)段(4)的一端用膜片(3)連接組成激波管，高壓氣源(I)與驅(qū)動(dòng)段(2)的另一端相連，測(cè)試段(5)的一端與被驅(qū)動(dòng)段(4)的另一端相連，測(cè)試段(5)內(nèi)模擬球(7)中的加速度計(jì)傳感器(12)引線與高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)⑶連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激波加載雙排模型球陣動(dòng)態(tài)力直接測(cè)量裝置，其特征在于:所述測(cè)試段(5)軸向圓柱面上開有兩排等距分布的小孔(18)，每排孔的同一徑向截面均開有36等分分布的小孔(18)，測(cè)試段(5)安裝多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的模型球(7)，每個(gè)模型球(7)均一分為二，上半球(11)頂部有一個(gè)連接孔(15)，用金屬絲(6)和固定膠(9)與模型球上半球(11)連接，上半球(11)底部對(duì)稱有兩個(gè)螺紋孔(14)，下半球(10)底部有一個(gè)的連接孔(15)，用于金屬絲(6)和固定膠(9)與模型球下半球(10)的連接，下半球(10)頂部中心一個(gè)有加速度計(jì)傳感器安裝孔(17)，用于安裝加速度計(jì)傳感器(12)，加速度計(jì)傳感器安裝孔(17)底部側(cè)面有一個(gè)信號(hào)線輸出孔(16)，下半球(10)底部對(duì)稱有兩個(gè)螺紋孔(14)與上半球的兩個(gè)螺紋孔(14)用螺釘(13)連接，如此將模型球(7)經(jīng)金屬絲￠)串聯(lián)形成球陣模型(19)固定于測(cè)試段(5)孔內(nèi)，與模型球(7)個(gè)數(shù)相同的加速度計(jì)傳感器(12)引線與高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8)相連，實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)行動(dòng)態(tài)力測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激波加載雙排模型球陣動(dòng)態(tài)力直接測(cè)量裝置，其特征在于:所述的測(cè)試段(5)為透明有機(jī)玻璃圓管，測(cè)試段(5)兩排孔的孔徑均為01.5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激波加載雙排模型球陣動(dòng)態(tài)力直接測(cè)量裝置，其特征在于:所述的球陣模型為正排 模型(20)和錯(cuò)排模型(21)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激波加載雙排模型球陣動(dòng)態(tài)力直接測(cè)量裝置。包括高壓氣源、驅(qū)動(dòng)段、膜片、被驅(qū)動(dòng)段、測(cè)試段、金屬絲、模型球和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)段的一端與被驅(qū)動(dòng)段的一端用膜片連接組成激波管，高壓氣源與驅(qū)動(dòng)段的另一端相連，測(cè)試段的一端與被驅(qū)動(dòng)段的另一端相連，測(cè)試段內(nèi)模型球中的加速度計(jì)傳感器引線與高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。本發(fā)明的測(cè)試段是透明的有機(jī)玻璃管，可進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，測(cè)試段有雙排孔，每排孔的同一徑向截面均勻分布的36個(gè)小孔，能精確控制模型球數(shù)量、排布、間距，形成實(shí)驗(yàn)所需的不同模型球陣，利用加速度計(jì)傳感器與高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)激波加載顆粒群動(dòng)態(tài)力的直接測(cè)量，為后續(xù)的研究提供一種好的實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)試方法。
文檔編號(hào)G01N15/00GK103115853SQ20131003346
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者章利特, 黃保乾, 陳婉君, 施紅輝, 亓洪訓(xùn), 張?zhí)O 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)