[发明专利]激波与模型球相互作用的非稳态力直接测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种力的直接测量装置，尤其是涉及一种激波与模型球相互作用的非稳态力的直接测量装置。

背景技术

激波驱动的气固两相流现象普遍存在于自然界中，并在很多工业生产中有着重要应用，例如：火山喷发时激波与固体岩石的相互作用；固体燃料推动剂喷管中的燃烧流动等。开展激波诱导的气固两相流研究，其关键科学问题之一是探索激波驱动下的气固两相流动特性，掌握激波加载颗粒群曳力的影响规律。通过实验手段精确测量和数据分析，来揭示激波与颗粒群的相互作用机理并总结归纳非稳态力的影响规律，是非常有效的研究方法，这主要依赖为此专门设计的实验装置和模型球。对比文献【Shock wave interaction with a sphere in a shock tube】March 22-24, 2004 “Symposium on Interdisciplinary Shock Wave Research”Sendai, Japan，首先采用将两个半球通过沉头螺栓连接固定形成模型球的方法，但是较严重地破坏了球面几何结构，会造成激波结构和绕球流场的失真；以往采用的以大气环境压力为低压段初始压力的方式严重限制了激波马赫数的上限，难以满足较高马赫数的实验要求，如果通过增大高压端压力实现，势必对高压段的强度设计提出更苛刻的要求；此外，通过压差导致膜片破裂的自然破膜产生激波的方式存在破膜压力随机性较大，产生激波马赫数不稳定的缺陷，不利于试验参数的精确控制。

发明内容

针对上述背景技术中所存在的激波结构和绕球流场的失真，难以满足较高马赫数的实验要求，激波马赫数不稳定，不利于实验参数的精确控制的问题；本发明的目的在于提供一种激波与模型球相互作用的非稳态力的直接测量装置。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明包括高压气源、驱动段、电磁阀、被驱动段、实验段、模型球、真空箱和高速数据采集系统；驱动段的一端与被驱动段的一端通过电磁阀连接组成激波管，高压气源与驱动段的另一端相连，实验段的一端与被驱动段的另一端相连，实验段的另一端与真空箱的一端相连，实验段内模拟球中的加速度计传感器的信号线与高速数据采集系统连接。

所述模型球分为大半球和小半球，大半球最大截面处有一个金属丝安装孔，金属丝穿过金属丝安装孔用金属丝固定胶固定，金属丝的两端分别固定在连接法兰上，大半球截面处中心有凸台，凸台内有用于安装加速度计传感器的安装孔，大半球凸台有外连接螺纹和环形电磁铁安装槽，小半球截面处中心有内连接螺纹和环形电磁铁安装槽，大半球和小半球构成的槽内安装环形电磁铁，通过外连接螺纹和内连接螺纹连接形成模型球，模型球中的加速度计传感器的信号线与高速数据采集系统连接。

本发明具有的有益效果是：

本发明实验段的一端与真空箱的一端相连，真空箱可以将激波管中的空气抽掉，形成真空，这样可以使驱动段与被驱动段之间形成很大的压力比，产生大的激波马赫数，驱动段的一端与被驱动段的一端通过电磁阀连接组成激波管，电磁阀可以精确的控制驱动段与被驱动段之间的压力比，形成稳定的激波马赫数。模型球两半球通过内置的电磁铁与螺纹连接，连接非常可靠，模型球表面很光滑，不会造成激波结构和绕球流场的失真，利用加速度计传感器与高速数据采集系统实现对激波与模型球相互作用的非稳态力的直接测量。为后续的研究提供了一种很好的实验装置和测试方法。

附图说明

图1是激波管实验的总体图。

图2是模型球装配剖面图。

图3是模型球两半球剖面图。

图4是模型球大半球右视图。

图中：1、高压气源，2、驱动段，3、电磁阀，4、被驱动段，5、高速数据采集系统，6、连接法兰，7、实验段，8、金属丝，9、金属丝固定胶，10、模型球，11、加速度计传感器，12、真空箱，13、信号线，14、封口橡皮泥，15、连接管，16、加速度计传感器固定胶，17、小半球，18、环形电磁铁，19、金属丝安装孔，20、大半球，21、外连接螺纹，22、内连接螺纹，23、安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。