[发明专利]不同压力及温度下液态CO2

权利要求书

1.一种不同压力及温度下液态CO₂相变射流冲击动力实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、准备液态二氧化碳相变射流冲击动力学实验系统；

所述液态二氧化碳相变射流冲击动力学实验系统包括二氧化碳增压液化系统(100)、液态二氧化碳相变射流及其监测系统(200)、远程控制及数据采集系统(300)；

所述二氧化碳增压液化系统(100)用于对二氧化碳液化增压形成能进行相变射流的高压液态二氧化碳，包括空压机(1)、二氧化碳钢瓶(2)、二氧化碳气体液化泵(3)、低压二氧化碳储罐(4)、液态二氧化碳增压泵(5)和高压液态二氧化碳储罐(6)，所述空压机(1)用于产生压缩空气，通过阀门控制既能用于驱动二氧化碳气体液化泵(3)对二氧化碳钢瓶(2)内的二氧化碳进行增压，并储存至低压二氧化碳储罐(4)内，又能用于驱动液态二氧化碳增压泵(5)对低压二氧化碳储罐(4)内的液态二氧化碳增压至实验预定压力，并储存至高压液态二氧化碳储罐(6)内备用；

所述液态二氧化碳相变射流及其监测系统(200)包括恒温恒湿箱体(13)，以及设置在恒温恒湿箱体(13)内的液态二氧化碳相变射流装置(400)、液态二氧化碳相变射流冲击应力测试装置(500)、液态二氧化碳相变射流流体形态测试装置(600)和箱体环境测试装置(700)；

所述液态二氧化碳相变射流装置(400)包括压力传感器(14)、温度传感器(15)、气动阀(16)和射流喷嘴(17)，所述射流喷嘴(17)通过空压管(11) 与位于恒温恒湿箱体(13)外的二氧化碳增压液化系统(100)的高压液态二氧化碳出口相连，并结合远程控制气动阀(16)用于实现高压液态二氧化碳的瞬间释放，由射流喷嘴(17)形成液态二氧化碳相变射流，压力传感器(14)、温度传感器(15)用于实时监测射流喷嘴(17)处的流体压力及温度变化参数；

所述液态二氧化碳相变射流冲击应力测试装置(500)包括导轨(18)、冲击应力传感器(19)、旋转角度传感器(21)和激光测距传感器(22)，所述冲击应力传感器(19)、激光测距传感器(22)通过同一传感器支架(23)可转动调节地安装在转动座(20)上，所述传感器支架(23)通过转动座(20)可滑动调节地安装在导轨(18)上，所述冲击应力传感器(19)用于测试液态二氧化碳相变射流冲击应力大小，激光测距传感器(22)用于测定冲击应力传感器(19)到射流喷嘴(17)的距离，所述旋转角度传感器(21)安装在传感器支架(23)底部用于测试冲击应力传感器(19)与射流喷嘴(17)之间的角度；

所述液态二氧化碳相变射流流体形态测试装置(600)包括高速摄像机(25)、红外摄像机(24)、粒子图像速度场测试仪(10)，所述高速摄像机(25)、红外摄像机(24)、粒子图像速度场测试仪(10)分别由安装支架(12)可滑动调节地安装在导轨(18)上；

所述箱体环境测试装置(700)包括温湿度传感器(9)，用于测试恒温恒湿 箱体(13)内的环境温度及湿度变化规律；

所述远程控制及数据采集系统(300)包括计算机、控制系统和数据采集系统，用于采集、显示及储存液态二氧化碳相变射流冲击动力学实验过程中的各种数据和测试结果；

S2、制定实验方案；

考虑高压液态二氧化碳储罐(6)内CO₂初始压力、环境温度参数对液态CO₂相变射流形态、速度及压力变化规律影响制定实验方案；

S3、实验准备；

连接二氧化碳增压液化系统(100)相关管路，并检查其气密性；检查空压机(1)、二氧化碳气体液化泵(3)、液态二氧化碳增压泵(5)是否能正常工作；调整高速摄像机(25)、红外摄像机(24)、粒子图像速度场测试仪(10)位置，并检测其能否正常工作；

S4、制备高压液态二氧化碳；

关闭低压二氧化碳储罐(4)底部的5#阀门，打开空压机(1)、二氧化碳钢瓶(2)、二氧化碳气体液化泵(3)、低压二氧化碳储罐(4)处的1#、2#、3#、4#阀门，启动空压机(1)电源，对二氧化碳钢瓶(2)内二氧化碳进行增压灌装至低压二氧化碳储罐(4)，直至低压二氧化碳储罐(4)内压力达到设定压力，关闭二氧化碳气体液化泵(3)、高压液态二氧化碳储罐(6)处3#、7#阀门，打开低压二氧化碳储罐(4)、液态二氧化碳增压泵(5)处5#、6#阀门，对低压二氧化碳储罐(4)内液态二氧化碳进行再次增压，灌装至高压液态二氧化碳储罐(6)内，直至达到设定的CO₂初始压力，关闭6#阀门、打开8#阀门；

S5、形成液态CO₂射流，进行射流形态、速度及压力数据测试；

按照实验条件调整初始压力和恒温恒湿箱体(13)温度，满足条件后关闭恒温恒湿箱体(13)电源；

开启压力传感器(14)、温度传感器(15)、高速摄像机(25)、红外摄像机(24)、粒子图像速度场测试仪(10)、温湿度传感器(9)；

由远程控制及数据采集系统(300)打开远程控制气动阀(16)，高压液态二氧化碳储罐(6)内高压液态CO₂瞬间释放，由射流喷嘴(17)形成液态CO₂相变射流；

由压力传感器(14)、温度传感器(15)测试得到液态CO₂相变射流过程中射流喷嘴(17)内流体压力及温度随时间变化规律，由高速摄像机(25)、红外摄像机(24)测试得到液态CO₂相变射流过程中流体形态随时间变化规律，由粒子图像速度场测试仪(12)测试得到液态CO₂相变射流过程中流体速度场、射流尺寸与核心区长度、射流角度参数，由温湿度传感器(9)测试得到液态CO₂相变射流过程中环境温度及湿度变化规律；

S6、调整CO₂初始压力、恒温恒湿箱体(13)的温度，重复S4-S5，进行不同初始压力、不同温度条件下液态CO₂相变射流形态、速度及压力变化参数实验，分析射流形态、射流速度及流体压力随时间、CO₂初始压力、恒温恒湿箱体(13)的变化关系。