Стенд для исследование двухфазных потоков

Стенд разработан по схеме разомкнутого расходного контура и оснащен средствами измерения параметров потока:  давления, температуры, расхода; устройством измерения реактивной тяги, и позволяет проводить фоторегистрацию потока, образующегося за срезом рабочего канала. Все магистрали стенда, контактирующие с исследуемой жидкостью, выполнены из нержавеющей стали.

Принципиальная схема стенда приведена на рис.1. Стенд состоит из: 1-расходного бака; 2- нагревательного элемента; 3- рабочего участка; 4-датчиков давления; 5- датчиков температуры; 6- датчика тяги; 7- электрический двигатель; 8-турбиного датчика расхода; 9- вентиль; 10-отсечного клапана; 11-опоров; 12- предохранительного клапана

В качестве расходного бака использовалась три цилиндрические емкости с внутренним диаметром 124 мм и 108 мм толщиной стенки 8 мм. Материал – нержавеющая сталь марки Х18Н10Т. Общий объем баков 18 дм3.   Снаружи баки, для уменьшения тепловых потерь, теплоизолировались. Емкости снабжены съемными фланцами, что позволяет проводить их ревизию.

Рис.1. Схема экспериментальной установки.

В верхних фланцах двух вертикальных баков смонтированы: гильзы термопар, штуцеры магистралей заправки и наддува пневмосистемы, а также смонтирована дренажная магистраль. В нижних фланцах смонтированы узлы крепления третьего бака. Третий бак расположен горизонтально. В его фланце смонтирован электрический нагревательный элемент. На торцевой поверхности бака содержатся узлы крепления отсечного и электрического клапана.

Электронагреватель, рассчитанный на напряжение 220В, расположен внутри бака и снабжен защитным кожухом. Максимальная мощность электронагревателя 4 кВт. В ходе экспериментов напряжение регулировалось автотрансформатором типа АОМН-40-220-75УЧ.

Рабочий участок позволяет устанавливать осесимметричные каналы различной геометрии с максимальным диаметром проходного сечения 8 мм. В данной работе исследовались сопла Лаваля и цилиндрические каналы с острой входной кромкой.

Датчики давления образцовыми манометрами.

Датчики температуры – термопары типа ТХА (К) – изготовлены из проволоки диаметром 0,3 мм в оплетке из стекловолокна.

Датчик реактивной тяги состоит из чувствительного элемента от датчика давления типа “Сапфир”, термостатированного усилителя и стабилизированного блока питания.

Электрический клапан нормально закрытый, рассчитан на давление до 5,0 МПа и управляется постоянным током. Напряжение питания 27 В.

Запорная и регулирующая арматура – краны заполнения и стравливания служат для подготовки стенда к эксперименту.

Рабочая (расходная) магистраль выполнена из трубы D у =14 мм., дренажная магистраль – из трубы D у =6 мм., манометрические линии – из трубы D у =4 мм.

Работа стенда.

Перед началом работы стенда в бак заправлялось определенное (известное) количество жидкости. Далее жидкость нагревалась.

Температура жидкости контролировалась с помощью термопар, а давление с помощью образцового манометра.

По достижению заданных параметров электрический нагреватель переводился в режим поддержания постоянной температуры, и включалась программа автоматизации эксперимента, регистрирующая во времени температуру жидкости на входе в рабочий участок, давления по тракту исследуемого канала, импульс реактивной тяги и объемный расход. После чего открывался электрический клапан, и происходило истечение исследуемой жидкости в атмосферу. Регистрация изменения давления, температуры, силы тяги и объемного расхода в течение опыта была непрерывной. Полученный массив данных представлял собой картину изменения соответствующих параметров во времени. Масштаб времени устанавливался путем задания в программе количества обращений системы к датчикам.

В ходе эксперимента также проводилась фото- и терморегистрация структуры потока за срезом экспериментального участка. По окончании процесса истечения все электрическое оборудование обесточивалось, и закрывалась запорная арматура стенда.