旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是粒子示踪测试技术，特别涉及在高压高温环境下的气溶胶生成和加注装置。
【背景技术】
[0002]粒子示踪测试技术在超声速/高超声速的高速流场应用，效果仍然受到粒子布撒技术的极大影响。高速流场存在激波、大尺度的涡区以及强剪切层等复杂结构，对粒子提出了流动跟随性的要求，并要求保证粒子大小尽量接近平均值的粒径，且均匀布撒。大量研宄表明，为了保证在高速流动中具有较好的粒子跟随性，粒径分布应该在30?200纳米左右。而这些纳米量级示踪粒子颗粒度小、易潮结，将极大影响对精细结构的捕捉，难以保证粒子跟随性及其测试精度，是制约粒子示踪技术在高速流动应用的主要因素。
[0003]目前商业应用的粒子发生器和布撒装置在高速环境中难以得到真正应用或者实际布撒效果不尽如人意，主要表现在:(I)粒子可达性差，粒子容器无法保证足够大的压差以保证粒子充分到达测试环境；(2)粒子均匀性差，不能很好解决粒子聚团和潮结问题，使粒子分布不均匀，在高速流动中的跟随性表现不一致而影响测试精度；(3)粒子加注和清理操作复杂，增大了粒子和潮湿空气的接触机会，很难保证粒子的干燥。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置，有效解决粒子聚团以及控制粒子流量、布撒浓度等重要问题，控制纳米粒子的团聚现象并在高压高温工作环境中实现快速、均匀布撒。将进一步推动粒子示踪技术在超/高超声速可压缩流动研宄中的发展，特别是高精度高分辨率的定量化速度场测试技术的实现。
[0005]为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下:
[0006]一种旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置，包括带有耐高压旋压成型的纳米示踪粒子容器、高速旋流导引喷嘴、高压干燥氮气驱动管路和气溶胶喷注管路，所述纳米示踪粒子容器为一次性旋压成型，其底部采用流化床，结合高速旋流导引喷嘴，在高压干燥氮气驱动系统作用下，使容器内强化混合的龙卷风结构，使纳米示踪粒子与高压气流充分掺混，形成纳米粒子气溶胶，由喷注管路注入待测试验段。
[0007]所述高压干燥氮气驱动管路下游设置稳压室和压力阀，保证粒子容器中压力稳定并保持与布撒试验段的压差，能够使气溶胶在试验段快速均匀布撒而且维持稳定的粒子布撒浓度。
[0008]所述流化床是利用高压驱动氮气形成高速射流，当气体由装置底部以很高的速度通入堆放纳米粒子的床层时，纳米粒子将在切向旋流流体的作用下表现出流态化的现象，促进粒子与周围气流的混合，能够使粒子充分悬浮在容器形成均匀的气溶胶，并且可以避免粒子潮结现象。
[0009]所述高速旋流导引喷嘴采用切向旋流喷嘴设计，在高压驱动氮气下形成周向旋流，使高压气流在旋流器导引下形成高速龙卷风，增强粒子与周围气流的周向掺混，使气溶胶中粒子浓度高度均匀化，并解决粒子聚团和潮结问题。
[0010]所述气溶胶喷注管路采用高压软管，比如不锈钢，缩短了粒子进入试验段的路程，并使整个气溶胶运动路径光滑可导。通过减少转折、凸台等突变，能够降低粒子在注入过程中的减损，并且提高了拆装效率和延长了管路使用寿命。
[0011]还包括真空泵，用于加注和清理纳米示踪粒子容器中的示踪粒子，简化了粒子加注和清理过程，减少了拆装容器和管道的次数，同时降低了示踪粒子与潮湿空气的接触机会。加注时，采用真空泵使粒子容器形成真空环境，由此根据试验用量吸入示踪粒子。清理时，采用真空泵直接抽吸容器中的残留粒子。
[0012]本实用新型利用高压干燥氮气为驱动气体，最大工作压力可以达到12MPa，可携带粒子浓度变化范围为0.01?0.2kg/s?在粒子容器中隔绝纳米粒子与含有水蒸气的空气接触，在纳米粒子周围形成防潮保护层。
[0013]本实用新型可以在高温(1000K)和高压(16MPa)环境下工作，结合操作流程和控制时序便于加注和清理粒子，能够实现气溶胶的流量可控、快速均匀混合和防潮结，气溶胶中示踪粒子平均直径能够达到纳米量级，解决了高速高压示踪粒子技术的粒子跟随性和布撒问题。
[0014]本实用新型的优点可以体现在以下几个方面:
[0015]首先，确保纳米粒子在试验全程避免聚团现象；
[0016]其次，气溶胶浓度稳定可控，粒子均匀布撒而且浓度适宜；
[0017]最后，气溶胶生成安全可靠，而且操作方便简易、保证效率，粒子可回收率高、经济性好。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型气溶胶生成装置的系统结构图；
[0019]图2是尚速旋流导引喂■嘴结构不意图；
[0020]图3是本实用新型气溶胶生成装置一实施例的布撒效果图。
【具体实施方式】
[0021]以下通过具体实施例结合说明书附图对本实用新型技术方案做进一步详细的说明。
[0022]图1为气溶胶生成装置的系统结构图，包括纳米示踪粒子容器1、高速旋流导引喷嘴2、高压干燥氮气驱动管路3和气溶胶喷注管路4。纳米示踪粒子容器I为一次性旋压成型，其底部采用流化床设计，结合高速旋流导引喷嘴2，在高压干燥氮气驱动系统作用下，使纳米示踪粒子容器I内强化混合的龙卷风结构，使纳米示踪粒子5与高压气流充分掺混，形成纳米粒子气溶胶6，由喷注管路注入待测试验段。
[0023]增强粒子和环境流体掺混和防潮结的设计由高压流化床和旋流器组成，阻断潮湿空气的技术措施包括高压干燥氮气的应用。高压干燥氮气射流在粒子容器中形成切向旋流，如图1中容器内下方位置所标示的气流方向，结合高速旋流器形成周向旋流，如图1中容器内中间位置所标示的气流方向，在两者之间的综合作用下形成龙卷风，使纳米粒子悬浮在环境气体中并实现充分掺混，并在纳米粒子周围形成干燥的保护层，阻断与潮湿空气的接触。
[0024]维持气溶胶浓度稳定由氮气驱动管路3 (连接氮气瓶)下游的稳压室和压力阀完成。由于高压气流进入粒子容器后迅速膨胀减压，使粒子容器压力出现波动，气溶胶浓度以及粒子分布难以保持稳定。因此，在氮气瓶下游，采用稳压室和压力阀将有效控制容器内压力的波动，保证了气溶胶浓度的有效控制和粒子分布的均匀性。
[0025]气溶胶经由不锈钢耐高压软管进入高压高温工作环境。耐高压不锈钢软管缩短了粒子进入试验段的路程，并使整个气溶胶运动路径光滑可导。通过减少转折、凸台等突变，能够降低粒子在注入过程中的减损，并且提高了拆装效率和延长了管路使用寿命。
[0026]气溶胶生成之前的粒子加注和生成之后的粒子清理由真空泵抽吸在粒子容器中形成真空环境完成。真空泵简化了粒子加注和清理过程，减少了拆装容器和管道的次数，同时降低了示踪粒子与潮湿空气的接触机会。加注时，采用真空泵使粒子容器形成真空环境，由此根据试验用量吸入示踪粒子。清理时，采用真空泵直接抽吸容器中的残留粒子。
[0027]图3所示的本实用新型气溶胶生成装置一实施例的布撒效果图，可以看出，纳米粒子分布的均匀性很好。
[0028]本实用新型具体操作流程如下:
[0029](I)由真空泵对关闭其他出口的封闭环境的粒子容器进行抽吸，直至形成真空环境;
[0030](2)关闭真空泵，打开粒子容器接入干燥粒子储罐，使粒子在真空作用下进入粒子容器；
[0031](3)关闭粒子储罐，打开粒子容器接入高压干燥氮气瓶。在稳压室和压力阀控制下，设定试验所需的压差，使高压氮气进入粒子容器，在流化床和旋流器综合作用下形成龙卷风，带动纳米粒子与周围气体的掺混，形成纳米粒子气溶胶。
[0032](4)在稳定一段时间之后，保持粒子容器压力，打开气溶胶生成装置出口。高压纳米粒子气溶胶经由不锈钢耐高压软管进入待测试验段，完成粒子快速、均匀布撒。
[0033](5)试验完成之后，关闭其他出口，开启真空泵抽吸，对粒子容器中的残留粒子进行回收。
[0034]上述实施例仅用于说明本实用新型，但并不用于限定权利要求的保护范围。凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
【主权项】
1.一种旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置，其特征在于，包括带有耐高压旋压成型的纳米示踪粒子容器、高速旋流导引喷嘴、高压干燥氮气驱动管路和气溶胶喷注管路，所述纳米示踪粒子容器为一次性旋压成型，其底部采用流化床，结合高速旋流导引喷嘴，在高压干燥氮气驱动系统作用下，使容器内强化混合的龙卷风结构，使纳米示踪粒子与高压气流充分掺混，形成纳米粒子气溶胶，由喷注管路注入待测试验段。
2.根据权利要求1所述的旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置，其特征在于，所述高压干燥氮气驱动管路下游设置稳压室和压力阀，保证粒子容器中压力稳定并保持与试验段的压差，能够使纳米粒子气溶胶在试验段快速均匀布撒而且维持稳定的粒子布撒浓度。
3.根据权利要求1所述的旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置，其特征在于，所述高速旋流导引喷嘴采用切向旋流喷嘴结构，在高压驱动氮气下形成周向旋流，使高压气流在旋流器导引下形成高速龙卷风，增强粒子与周围气流的周向掺混，使气溶胶中粒子浓度高度均匀化，并解决粒子聚团和潮结问题。
4.根据权利要求1所述的旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置，其特征在于，所述气溶胶喷注管路采用高压软管，缩短了粒子进入试验段的路程，并使整个气溶胶运动路径光滑可导。
5.根据权利要求1所述的旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置，其特征在于，还包括真空泵，用于加注和清理纳米示踪粒子容器中的示踪粒子。
【专利摘要】一种旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置，包括带有耐高压旋压成型的纳米示踪粒子容器、高速旋流导引喷嘴、高压干燥氮气驱动管路和气溶胶喷注管路，所述纳米示踪粒子容器为一次性旋压成型，其底部采用流化床设计，结合高速旋流导引喷嘴，在高压干燥氮气驱动系统作用下，使容器内强化混合的龙卷风结构，使纳米示踪粒子与高压气流充分掺混，形成纳米粒子气溶胶，由喷注管路注入待测试验段。本实用新型中的旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置，可以在高温和高压环境下工作，实现气溶胶的流量可控、快速均匀混合和防潮结，气溶胶中示踪粒子平均直径能够达到纳米量级，用于高速高压示踪粒子技术。
【IPC分类】B05B1-34, G01M10-00, B05B9-04, B82Y40-00
【公开号】CN204594656
【申请号】CN201520228443
【发明人】陈方, 刘洪 , 励孝杰
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月15日