[发明专利]一种用于液滴撞击高速旋转壁面的真空实验系统

说明书

本发明公开了一种用于液滴撞击高速旋转壁面的真空实验系统，包括旋转平台、朝向所述旋转平台的旋转台面滴落液滴的液滴注入系统、用以观测所述液滴注入系统注入的液滴撞击所述旋转台面的观测系统；其中，所述旋转台面用以在高速电机带动下旋转。本发明所提供的液滴撞击高速旋转壁面的真空实验系统巧妙地解决了实验室加速液滴至高速或超音速不便的难题，能够模拟天然气超音速分离装置内液滴以切向高速撞击壁面的情况，实现对碰撞后液滴的动力学行为和形态的动态捕捉。

技术领域

本发明涉及两相流动实验测试领域，特别涉及一种用于液滴撞击高速旋转壁面的真空实验系统。

背景技术

在天然气超音速旋风分离器中，通过拉阀尔喷管使得天然气中水蒸气及重烃组分凝结，经由特殊装置诱导后，凝结的液滴在强离心力作用下高速撞击壁面，液滴撞击壁面后可能在管道内壁汇聚形成液膜，也有可能撞击后飞溅出更小的液滴重新进入天然气中，因此探究高速液滴撞击壁面后的形态变化对于提高天然气除湿分离效率具有重大意义。

目前对于液滴碰撞壁面的研究大多集中在低速液滴碰撞静止或较低运动速度的壁面后的液滴动力学行为和变化形态。通常为液滴在自身重力作用下撞击固体壁面，通过高速摄像机动态捕捉液滴的动力学行为及其铺展特性。在天然气超音速分离装置中，由于凝析液滴伴随超音速气流运动，液滴速度通常大于200m/s甚至达到超音速状态。由于现有条件很难将单个液滴加速至如此高的速度，因此国内外均缺乏相关的研究成果，很难实现分离效率的精细控制，为天然气超音速分离装置的精确设计带来困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于液滴撞击高速旋转壁面的真空实验系统，该系统巧妙地解决了实验室加速液滴至高速或超音速不便的难题，能够模拟天然气超音速分离装置内液滴以切向高速撞击壁面的情况，实现对碰撞后液滴的动力学行为和形态的动态捕捉。

为实现上述目的，本发明提供一种用于液滴撞击高速旋转壁面的真空实验系统，包括旋转平台、朝向所述旋转平台的旋转台面滴落液滴的液滴注入系统、用以观测所述液滴注入系统注射的液滴撞击所述旋转台面的观测系统；其中，所述旋转台面用以在高速电机带动下旋转。

可选地，所述旋转平台包括底板、与所述底板平行相对且设于所述底板上方的限位座、连接支撑所述底板和所述限位座的支撑柱；

所述高速电机穿设固定于所述底板和所述限位座的中央，所述限位座的中央还设有轴承和旋转轴，所述旋转台面设于所述限位座的上方，所述旋转轴连接所述高速电机与所述旋转台面。

可选地，所述底板和所述限位座均为圆环状铸件，所述支撑柱沿所述底板和所述限位座的周向均匀设置。

可选地，所述旋转台面为金属圆盘，所述金属圆盘与所述旋转轴可拆卸连接。

可选地，所述高速电机的转速≥10000转/分。

可选地，所述观测系统包括高速摄像机和连接所述高速摄像机的计算机。

可选地，还包括朝向所述旋转台面设置的LED光源。

可选地，所述旋转平台的外周部罩设有透明真空箱，所述透明真空箱连接抽真空装置。

可选地，所述液滴注入系统为注射器，所述注射器竖直贯穿所述透明真空箱的顶壁，所述注射器贯穿所述透明真空箱处密封设置。

可选地，所述注射器设有用以限制其推柄进给量的推柄限位部。

相对于上述背景技术，本发明所提供用于液滴撞击高速旋转壁面的真空实验系统包括旋转平台、液滴注入系统和观测系统，本实验系统巧妙地借助旋转台面作为被撞击的壁面，将旋风分离器高速离心液滴以切向撞击静止的壁面转化为低速液滴撞击高速旋转的壁面，通过高速电机带动旋转台面的高速旋转，增大液滴与被撞击壁面的相对速度，克服了实验室条件下加速液滴不便的困难。