一种低温液体空化实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空化实验装置，尤其涉及一种低温液体空化实验装置。属于流体机械工程、低温工程和航天工程技术领域。
【背景技术】
[0002]当一定温度的液体内部局部压力降低到液体饱和蒸汽压时，会产生汽化现象，同时溶解于液体中的气体也会析出，形成汽泡(又称空泡、空穴)，当汽泡随液流运动到压力较高的地方后，泡内的蒸汽重新凝结，汽泡溃灭。这种液流内的空泡产生、发展、溃灭的过程，以及由此产生的一系列物理和化学变化过程称为空化。空化的发生往往会导致机器效率下降并引起振动、噪声和材料表面破坏等问题，严重时会使机器不能正常工作。
[0003]通常情况下，标准大气压下沸点低于120K的元素或化合物以及它们的混合物可以称之为低温工质，常见的低温液体有液氦、液氢、液氧、液氮、液化天然气等。由于低温液体特殊的物质属性，其空化及空化流动这种复杂的物理化学过程一直是相关领域的研宄热点。常温常压下，低温液体与空气接触后极易吸热相变并使容器周围空气中的水蒸汽结冰，覆盖在容器表面，这给低温液体的空化实验研宄带来了诸多难题。
[0004]在传统空化实验装置的基础上改进的低温液体空化实验装置需要环形水洞等大型设备，需要一个大功率低温泵实现液体循环，实验的设备及其他辅助装置多，往往只能采用包裹隔热材料的方式防止低温液体吸热相变。这样的实验设备存在以下几点不足:1、占地面积大，投入成本多，使用和维护费用高；2、实验设备和构造复杂，如需进行其他类型实验，不方便更换试验段，且难以更换流动介质；3、隔热差，不易做到可视化观测，影响空化实验效果4、实验装置动态调节能力差，且不能移动；5、安全性差，一旦发生实验装置破裂，低温液体涌出，极易对实验人员造成伤害；6、使用过程中低温液体消耗量大，造成更多的资源浪费和噪音、废物污染。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，在科研中进行不同低温液体的空化流动显示和流场信息采集，提供一种低温液体空化实验装置。
[0006]本发明是通过下述技术方案实现的。
[0007]一种低温液体空化实验装置，总体分为五部分:供应罐部分、试验段部分、收集罐部分、调压罐部分、辅助设备部分。
[0008]供应罐部分用于储存并提供低温液体，可对低温液体的压力和温度进行调节；包括供应罐外罩、供应罐内胆、供应罐真空接口、过滤器接头、过滤器、供应罐密封圈、供应罐传感器接口、供应罐加压阀、供应罐泄压阀、供应罐横向液位计、供应罐纵向液位计，连接关系:供应罐外罩上焊接有支架，供应罐支架与实验装置支架通过螺栓连接，将供应罐固定在实验装置支架上；供应罐外罩下部开有供应罐真空接口，供应罐真空接口通过管道与第二真空泵连接，实验过程中第二真空泵持续抽压，保证供应罐外罩与供应罐内胆之间为准真空状态(2-5Pa);供应罐内胆与供应罐外罩在上端通过法兰盘实现密封连接，供应罐内胆悬挂在供应罐外罩内部；供应罐内胆上部设置有加压口、调压口和供应罐传感器接口，供应罐内胆下部设置有试验段入水口，供应罐内胆内部设置有供应罐横向液位计和供应罐纵向液位计；供应罐内胆加压口通过管道与自增压低温液体杜瓦连接，可将低温液体注入供应罐内，低温液体加注完毕后，供应罐内胆加压口通过管道与第一高压氮气钢瓶连接，管道上设有供应罐加压阀和供应罐泄压阀，用于提高供应罐内胆内的压力，并保证内胆内压力不高于2个大气压，防止内胆及可视化试验段破裂；供应罐内胆调压口通过管道与调压罐第一调压口连接，管道上设有供应罐调压阀，用于降低供应罐内胆内的压力；供应罐纵向液位计用于测量实验装置水平放置时供应罐内胆内液体的体积，供应罐横向液位计用于测量实验装置顺时针翻转90度后，竖直放置时供应罐内胆内液体的体积，以便于实验操作；供应罐内胆内设有压力和温度传感器，用于测量罐内低温液体的压力和温度，传感器引线从供应罐传感器接口引出；供应罐内胆的试验段入水口通过过滤器接头与过滤器连接，过滤器通过法兰与涡轮流量计连接，防止杂质进入涡轮流量计和可视化试验段；过滤器上装有供应罐密封圈。
[0009]收集罐部分用于储存流经试验段部分的低温液体，可对低温液体的压力和温度进行调节；包括收集罐外罩、收集罐内胆、收集罐真空接口、收集罐密封圈、收集罐传感器接口、收集罐加压阀、收集罐泄压阀、收集罐横向液位计、收集罐纵向液位计，连接关系:收集罐外罩上焊接有支架，收集罐支架与实验装置支架通过螺栓连接，将收集罐固定在实验装置支架上；收集罐外罩下部开有收集罐真空接口，收集罐真空接口通过管道与第二真空泵连接，实验过程中第二真空泵持续抽压，保证收集罐外罩与收集罐内胆之间为准真空状态(2_5Pa);收集罐内胆与收集罐外罩在上端通过法兰盘实现密封连接，收集罐内胆悬挂在收集罐外罩内部；收集罐内胆上部设置有加压口、调压口和收集罐传感器接口，收集罐内胆下部设置有试验段出水口，收集罐内胆内部设置有收集罐横向液位计和收集罐纵向液位计；收集罐内胆加压口通过管道与第二高压氮气钢瓶连接，管道上设有收集罐加压阀和收集罐泄压阀，用于提高收集罐内胆内的压力，并保证内胆内压力不高于2个大气压，防止内胆及可视化试验段破裂；收集罐内胆调压口通过管道与调压罐第二调压口连接，管道上设有收集罐调压阀，用于降低收集罐内胆内的压力；收集罐纵向液位计用于测量实验装置水平放置时收集罐内胆内液体的体积，收集罐横向液位计用于测量实验装置顺时针翻转90度后，竖直放置时收集罐内胆内液体的体积，以便于实验操作；收集罐内胆内设有压力和温度传感器，用于测量罐内低温液体的压力和温度，传感器引线从收集罐传感器接口引出；收集罐内胆的试验段出水口通过法兰与试验控制阀连接；收集罐内胆的试验段出水口管道处安装有收集封圈。
[0010]所述收集罐内胆的容积大于所述供应罐内胆的容积。
[0011]试验段部分用于进行或停止实验，进行可视化观测和实验数据采集；包括涡轮流量计、波纹管、可视化试验段外罩、试验段真空接口、试验控制阀、可视化试验段、可视化试验段入口传感器安装孔、可视化试验段喉口传感器安装孔、试验段真空腔，连接关系:涡轮流量计、可视化试验段与试验控制阀通过管道依次连接，可视化试验段可更换从而进行其他几何结构的空化实验；可视化试验段外围设置有可视化试验段外罩，可视化试验段外罩对可视化试验段起支撑作用，可视化试验段外罩通过螺栓固定于试验段支架；可视化试验段外罩上布有四个透明观察窗口，用于实验可视化观察，可视化试验段外罩前端与波纹管通过螺钉连接，波纹管用于适应管道内外温差导致的热变形，可视化试验段外罩四周隔板间均布有橡胶密封圈，采用螺钉密封，可视化试验段外罩与可视化试验段之间形成试验段真空腔，开设有试验段真空接口，试验段真空接口通过管道与第二真空泵连接，实验过程中第二真空泵持续抽压，保证可视化试验段外罩与可视化试验段之间为准真空状态(2-5Pa);可视化试验段下方设有可视化试验段入口传感器安装孔和可视化试验段喉口传感器安装孔，用于安装压力和温度传感器，通过传感器采集可视化试验段入口无空化区域及可视化试验段喉口空化发生区域的流场信息。
[0012]作为优选，所述可视化试验段喉口高度h是可视化试验段出(入)口高度H的0.01-0.08。
[0013]所述可视化试验段和可视化试验段外罩上透明观察窗口采用透明材料；
[0014]所述可视化试验段采用石英玻璃；所述可视化试验段外罩上透明观察窗口采用树脂玻璃；
[0015]调压罐部分用于快速降低供应罐内胆和收集罐内胆内的压力；包括收集罐调压阀、通气阀、真空泵控制阀、调压罐、供应罐调压阀，连接关系:调压罐上分别开设有第一调压口、第二调压口、抽压口和通气口，调压罐第一调压口通过管道与供应罐内胆调压口连接，管道上设有供应罐调压阀；调压罐第二调压口通过管道与收集罐内胆调压口连接，管道上设有收集罐调压阀；调压罐抽压口通过管道与第一真空泵连接，管道上设有真空泵控制阀，第一真空泵用于降低调压罐内的压力；调压罐通气口通过管道与大气连通，管道上设有通气阀，调压罐通气口可将调压罐内压力恢复为一个大气压，同时可以用于排空实验装置内的低温液体。
[0016]连接关系:供应罐部分和收集罐部分通过螺栓固定于实验装置支架，可视化试验段外罩螺栓固定于试验段支架，试验段支架通过螺栓固定于实验装置支架，实验装置支架保证实验装置处于水平状态，旋