超臨界二氧化碳射流圍壓釜以及監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及超臨界二氧化碳，提供一種超臨界二氧化碳射流圍壓釜，包括釜體以及釜蓋，釜蓋上設(shè)置有射管，于腔室內(nèi)且正對射管處安設(shè)有靶盤，靶盤背離射管一側(cè)設(shè)置有密封腔以及位于密封腔內(nèi)的傳感器，傳感器的信號線由密封腔導(dǎo)至釜體外側(cè)，且于釜體正對射管與靶盤之間處設(shè)置有可視化窗；還提供一種超臨界二氧化碳射流監(jiān)測系統(tǒng)，包括上述圍壓釜。本發(fā)明的圍壓釜通過傳感器可以獲取射流沖擊靶盤時產(chǎn)生的瞬間壓力，且將該壓力信息通過信號線傳遞至信號采集器進行數(shù)據(jù)分析，另外由于釜體上設(shè)置有可視化窗，通過高速攝影及PIV測量可以對射流沖擊靶盤進行影像記錄，進而可以達到對超臨界二氧化碳定性觀察以及定量測試的目的。
【專利說明】
超臨界二氧化碳射流圍壓釜以及監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及超臨界二氧化碳射流，尤其涉及一種超臨界二氧化碳射流圍壓釜以及監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超臨界二氧化碳是當(dāng)壓力高于7.38MPa，溫度高于304.1K時，二氧化碳進入的一種超臨界狀態(tài)。超臨界二氧化碳具有和液體相近的密度，略高于氣體但明顯低于液體的粘度，擴散系數(shù)也為液體的10?100倍。因其獨特的物理性質(zhì)，超臨界二氧化碳被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、化工、食品、油氣等領(lǐng)域。超臨界二氧化碳射流是一種將超臨界二氧化碳作為射流介質(zhì)的新型射流。不同于傳統(tǒng)水射流，超臨界二氧化碳射流具有能量耗散小、破碎能力強、導(dǎo)熱效率高等諸多優(yōu)勢，在非常規(guī)油氣開采、精密儀器清洗等領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊。
[0003]目前，超臨界二氧化碳射流領(lǐng)域的試驗系統(tǒng)只能通過比較沖蝕效果和破碎情況來優(yōu)化射流參數(shù)，而無法定量測量不同工作參數(shù)條件下的射流沖擊力和引起的溫度劇變，或者只能對解堵增滲有一定效果，但更偏向?qū)嶋H應(yīng)用，不適用試驗研究各個工作參數(shù)的影響，以達到優(yōu)化工作參數(shù)的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種超臨界二氧化碳射流圍壓釜，旨在用于解決現(xiàn)有的超臨界二氧化碳射流難以進行定性觀察以及定量測試的問題。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明實施例提供一種超臨界二氧化碳射流圍壓釜，包括具有腔室的釜體以及閉合所述腔室的釜蓋，所述釜蓋上設(shè)置有由外側(cè)伸入所述腔室內(nèi)且用于噴射超臨界二氧化碳的射管，于所述腔室內(nèi)且正對所述射管處安設(shè)有靶盤，所述靶盤背離所述射管一側(cè)設(shè)置有密封腔以及位于所述密封腔內(nèi)的傳感器，所述傳感器的信號線由所述密封腔導(dǎo)至所述釜體外側(cè)，且于所述釜體正對所述射管與所述靶盤之間處設(shè)置有可視化窗。
[0007]進一步地，所述靶盤通過至少一根支撐桿安設(shè)于所述腔室的內(nèi)壁上，各所述支撐桿一端固定于所述腔室的內(nèi)壁上，另一端安設(shè)至所述靶盤上，所述信號線由其中一所述支撐桿的內(nèi)側(cè)引導(dǎo)至所述釜體外側(cè)。
[0008]進一步地，所述釜體遠離所述釜蓋的一側(cè)設(shè)置有與所述腔室連通的至少一個泄壓口，每一所述泄壓口處均安設(shè)有調(diào)壓閥。
[0009]進一步地，于所述釜體上開設(shè)有水浴流道、浴水進口以及浴水出口，所述浴水進口與所述浴水出口均連通至所述水浴流道，所述水浴流道環(huán)繞所述釜體。
[0010]進一步地，所述射管包括穿過所述釜蓋的管體以及設(shè)置于所述管體朝向所述靶盤一側(cè)端部的噴嘴。
[0011]進一步地，所述管體的外表面上設(shè)置有外螺紋，所述釜蓋供所述管體穿過的通孔的內(nèi)壁上設(shè)置有與所述外螺紋配合的內(nèi)螺紋。
[0012]進一步地，所述靶盤與所述噴嘴之間的距離為5-200mm。
[0013]進一步地，所述可視化窗包括開設(shè)于所述釜體上的開口以及封堵所述開口的透明板，所述透明板朝向所述腔室的一側(cè)與所述釜體之間夾設(shè)有密封圈。
[0014]進一步地，所述釜蓋內(nèi)嵌于所述釜體上，兩者之間螺紋連接，且于所述釜蓋向外一側(cè)開設(shè)有拆裝孔。
[0015]本發(fā)明實施例還提供一種超臨界二氧化碳射流監(jiān)測系統(tǒng)，包括信號采集器，還包括上述的超臨界二氧化碳射流圍壓釜，所述傳感器的所述信號線電連接至所述信號采集器。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]本發(fā)明的圍壓釜中，射管可噴射超臨界二氧化碳，且射流沖擊至靶盤上，由于把靶盤的其中一側(cè)設(shè)置有傳感器，通過該傳感器可以獲取射流沖擊靶盤時產(chǎn)生的瞬間壓力，且將該壓力信息通過信號線傳遞至外側(cè)進行數(shù)據(jù)分析，另外由于釜體上設(shè)置有可視化窗，通過高速攝影及PIV測量可以對射流沖擊靶盤進行影像記錄，從而借助這種圍壓釜可以對超臨界二氧化碳實現(xiàn)定性觀察與定量測試，具有非常好的試驗價值。另外將傳感器置于密封腔內(nèi)，可以有效避免腔室內(nèi)的超臨界二氧化碳對傳感器的精確檢測產(chǎn)生影響。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0019]圖1為本發(fā)明實施例提供的超臨界二氧化碳射流圍壓釜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為圖1的超臨界二氧化碳射流圍壓釜的俯視圖；
[0021 ]圖3為圖1的超臨界二氧化碳射流圍壓釜的釜體部分的爆炸圖；
[0022]圖4為圖1的超臨界二氧化碳射流圍壓釜的釜蓋部分的爆炸圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0024]參見圖1，本發(fā)明實施例提供一種超臨界二氧化碳射流圍壓釜，包括釜體I以及釜蓋2，釜體I具有腔室3，且該腔室3的一端為開口狀，通過釜蓋2對其進行閉合封堵，使得腔室3為密封環(huán)境，在釜蓋2上設(shè)置有一射管4，射管4由釜蓋2的外側(cè)伸入腔室3內(nèi)，通過該射管4可以向腔室3內(nèi)噴射超臨界二氧化碳，在腔室3內(nèi)設(shè)置有靶盤31，靶盤31正對射管4的一端部，其噴出的超臨界二氧化碳可直接射至靶盤31上，在靶盤31背離射管4的一側(cè)設(shè)置有密封腔32，該密封腔32可由一箱體與靶盤31圍合形成，在密封腔32內(nèi)設(shè)置有一傳感器321，具體為在靶盤31背離射管4的一側(cè)面上開設(shè)有安裝孔311，當(dāng)然安裝孔311沒有穿透靶盤31，將傳感器321的一端部卡緊安裝于該安裝孔311內(nèi)，安裝孔311根據(jù)傳感器321的端部尺寸設(shè)定，直徑可為Imm左右，一般為保證密封腔32的密封性能，靶盤31部分嵌設(shè)于箱體上，且在其嵌設(shè)部位處設(shè)置有密封圈，對于傳感器321的信號線322則由密封腔32導(dǎo)至釜體I外側(cè)，用于傳輸傳感器321獲取的信息，即將傳感器321安設(shè)于密封腔32內(nèi)時，射管4噴出的超臨界二氧化碳難以對傳感器321的性能產(chǎn)生干擾，可以有效保證傳感器321檢測的準確性，另外在釜體I上還設(shè)置有可視化窗U，該可視化窗11對應(yīng)射管4與靶盤31之間處，可以觀察由射管4噴射至靶盤31上的超臨界二氧化碳形成的射流。本實施例中，超臨界二氧化碳由射管4噴射至靶盤31上，且在持續(xù)噴射的過程中，射管4的端部與靶盤31之間形成射流，通過密封腔32內(nèi)的傳感器321可以獲取射流沖擊靶盤31產(chǎn)生的瞬間壓力，且將該壓力數(shù)據(jù)經(jīng)信號線322傳遞至外側(cè)進行數(shù)據(jù)處理，可以達到定量測試的目的，而在另一方面由于釜體I對應(yīng)射流處開設(shè)有可視化窗11，能夠由外界觀察射流，具體地可通過高速攝影及PIV測量可以對射流沖擊靶盤31進行影像記錄，以達到定性觀察的目的。對此通過這種結(jié)構(gòu)的圍壓釜，可以定量測試與定性觀察超臨界二氧化碳射流，獲取精確的實驗數(shù)據(jù)，為后續(xù)的超臨界二氧化碳的應(yīng)用提供必要的實驗基礎(chǔ)。
[0025]參見圖1以及圖4，優(yōu)化上述實施例，細化靶盤31在腔室3內(nèi)的安裝固定，在腔室3的內(nèi)壁上設(shè)置有至少一根支撐桿33，各支撐桿33—端固定于腔室3的內(nèi)壁上，而另一端則均安設(shè)于靶盤31上，對此通過各支撐桿33可以將靶盤31與腔室3的內(nèi)壁之間形成連接，且通過各支撐桿33的支撐作用，使得靶盤31可以懸空于腔室3內(nèi)，其與腔室3內(nèi)壁之間具有一定距離，另外將其中一根支撐桿33設(shè)定為中空，傳感器321的信號線322由該中空的支撐桿33的內(nèi)側(cè)引導(dǎo)至釜體I內(nèi)側(cè)。本實施例中，為方便支撐桿33與靶盤31之間的連接，各支撐桿33的其中一端由靶盤31對應(yīng)射管4的一側(cè)伸入密封腔32內(nèi)，對此各支撐桿33的另一端則均伸入釜蓋2形成固定，且在釜蓋2對應(yīng)中空支撐桿33處設(shè)置有線孔21，信號線322經(jīng)該支撐桿33進入釜蓋2的線孔21內(nèi)，進而由該線孔21導(dǎo)出圍壓釜外側(cè)，當(dāng)然一般支撐桿33具有多個，分別對應(yīng)靶盤31的邊沿處，可以避免支撐桿33對射管4噴出的射流產(chǎn)生影響。由于各支撐桿33—端需要穿過靶盤31形成固定，則其在穿設(shè)固定時需要在外圈設(shè)置有密封圈，可以有效防止腔室3內(nèi)的超臨界二氧化碳進入密封腔32內(nèi)，對應(yīng)地在線孔21與支撐桿33的連接處也設(shè)置有密封圈，從而使得腔室3也具有較好的密封性能，另外對于傳感器321的信號線322通過支撐桿33進行鋪設(shè)，可以減少密封腔32與腔室3的開孔數(shù)量，保證密封腔32與腔室3的密封性能，同時能夠避免信號線322暴露于腔室3內(nèi)。
[0026]參見圖1-圖3，繼續(xù)優(yōu)化上述實施例，釜體I遠離釜蓋2的一側(cè)設(shè)置有至少一個泄壓口 12，每一泄壓口 12連通腔室3與外界，且均安設(shè)有調(diào)壓口。本發(fā)明中，當(dāng)采用射管4向腔室3內(nèi)射入超臨界二氧化碳時，腔室3內(nèi)的壓力會逐漸上升，進而會影響射管4噴出的超臨界二氧化碳產(chǎn)生的射流影像以及傳感器321感應(yīng)的瞬時壓力，試驗準確性大大降低，對此本實施例在釜體I上設(shè)置泄壓口 12與調(diào)壓閥，以對腔室3起到穩(wěn)壓的作用，一般控制腔室3內(nèi)的超臨界二氧化碳的壓力不超過30MPa。而在另一方面，在釜體I上開設(shè)有水浴流道13、浴水進口 14以及浴水出口 15，浴水進口 14與浴水出口 15均連通該水浴流道13，且水浴流道13沿釜體I環(huán)繞設(shè)置。本實施例中，通過浴水進口 14向水浴流道13內(nèi)注入換熱液體，并由浴水出口 15流出，通過該過程以調(diào)節(jié)腔室3內(nèi)的溫度，一般控制在5-95°C之間。
[0027]再次參見圖1，進一步地，細化射管4的結(jié)構(gòu)，其包括管體41以及噴嘴42，管體41由外側(cè)穿過釜蓋2進入腔室3內(nèi)，而噴嘴42則設(shè)置于管體41朝向靶盤31—側(cè)的端部處。本實施例中，超臨界二氧化碳經(jīng)管體41進入且由噴嘴42噴射至靶盤31上，一般地為使傳感器321精確感應(yīng)沖擊靶盤31的射流的瞬時壓力，傳感器321嵌設(shè)于安裝孔311內(nèi)的端部與噴嘴42對應(yīng)，兩者位于同一直線上，噴嘴42噴出的射流直接沖擊傳感器321的端部附近，對于兩者之間的位置誤差控制在0.5mm內(nèi)。當(dāng)然對于噴嘴42與靶盤31之間的距離也應(yīng)具有一定的范圍，既不能過大，也不能太小，否則距離太小難以對其進行影像觀察，而距離太大則影響傳感器321對沖擊力的精確檢測，一般為5-200mm之間。
[0028]參見圖4，優(yōu)化上述實施例，釜蓋2上開設(shè)有供管體41穿過的通孔22，在通孔22的內(nèi)壁上設(shè)置有內(nèi)螺紋221，而在管體41的外表面上設(shè)置有外螺紋411，管體41的外螺紋411與通孔22的內(nèi)螺紋221之間配合連接。本實施例中，射管4與釜蓋2之間采用螺紋連接，不但使得兩者之間安裝連接比較穩(wěn)定，而且有利于保證管體41與通孔22之間的密封性，當(dāng)然還可以在管體41的外表面上還設(shè)置有密封圈，以進一步提高管體41與通孔22內(nèi)壁的密封性能，另外由于兩者之間為螺紋連接，管體41可以通過旋轉(zhuǎn)的方式使得其相對釜蓋2移動，進而可以形成對噴嘴42與靶盤31之間距離的調(diào)節(jié)，即采用這種連接方式可以自行調(diào)節(jié)靶距，可以監(jiān)測不同靶距情況下射流的影像以及瞬時沖擊力。
[0029]參見圖1以及圖3，進一步地，細化可視化窗11的結(jié)構(gòu)，包括開設(shè)于釜體I上的開口111以及安設(shè)于該開口 111內(nèi)的透明板112，通過透明板112封堵該開口 111，且在透明板112朝向腔室3—側(cè)與釜體I之間夾設(shè)有密封圈。在釜體I的開口 111處具有朝向外側(cè)設(shè)置的支撐平臺113，透明板112的各端部均貼合于該支撐平臺113上，且在透明板112的外側(cè)設(shè)置有窗口蓋114，窗口蓋114與釜體I之間固定連接，同時與支撐平臺113配合壓緊透明板112，進而將透明板112安裝于釜體I上，另外在透明板112的端部處采用密封圈與支撐平臺113之間形成密封。
[0030]再次參見圖1以及圖4，進一步地，釜蓋2嵌設(shè)于釜體I上，兩者的接觸部位處采用螺紋連接，且在釜蓋2朝向外側(cè)處設(shè)置拆裝孔23 ο本實施例中，對于腔室3內(nèi)的箱體、靶盤31、各支撐桿33以及射管4均與釜蓋2形成連接關(guān)系，與釜體I之間不接觸，對此在對圍壓釜進行安裝時，可以先將上述各部件依次安設(shè)于釜蓋2上，然后將釜蓋2整體旋入釜體I內(nèi)進行安裝固定，反之在拆卸時亦然，均非常方便。而為了方便釜蓋2與釜體I之間的拆裝，在釜蓋2上設(shè)置拆裝孔23，取一桿狀工具伸入拆裝孔23內(nèi)后可以通過驅(qū)使該桿狀工具繞釜蓋2軸線旋轉(zhuǎn)，同時其帶動釜蓋2同步轉(zhuǎn)動，進而釜蓋2可以相對釜體I旋進或旋出。對于釜蓋2與釜體I的接觸部位處也設(shè)置有密封圈，且該密封圈位于釜蓋2靠近腔室3的一側(cè)。
[0031]再次參見圖1，本發(fā)明實施例還提供一種超臨界二氧化碳射流監(jiān)測系統(tǒng)，包括信號采集器以及上述的圍壓釜，傳感器321的信號線322甚至釜體I外側(cè)后與信號采集器連接。本實施例中，射管4噴出的射流在沖擊靶盤31后，傳感器321可將該過程產(chǎn)生的瞬間壓力通過信號線322傳遞至信號采集器內(nèi)進行儲存并處理，以對超臨界二氧化碳定量測試，而且還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)靶距進行測試，能夠為后續(xù)超臨界二氧化碳的應(yīng)用提供精確的實驗數(shù)據(jù)。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種超臨界二氧化碳射流圍壓釜，包括具有腔室的釜體以及閉合所述腔室的釜蓋，其特征在于:所述釜蓋上設(shè)置有由外側(cè)伸入所述腔室內(nèi)且用于噴射超臨界二氧化碳的射管，于所述腔室內(nèi)且正對所述射管處安設(shè)有靶盤，所述靶盤背離所述射管一側(cè)設(shè)置有密封腔以及位于所述密封腔內(nèi)的傳感器，所述傳感器的信號線由所述密封腔導(dǎo)至所述釜體外側(cè)，且于所述釜體正對所述射管與所述靶盤之間處設(shè)置有可視化窗。2.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳射流圍壓釜，其特征在于:所述靶盤通過至少一根支撐桿安設(shè)于所述腔室的內(nèi)壁上，各所述支撐桿一端固定于所述腔室的內(nèi)壁上，另一端安設(shè)至所述靶盤上，所述信號線由其中一所述支撐桿的內(nèi)側(cè)引導(dǎo)至所述釜體外側(cè)。3.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳射流圍壓釜，其特征在于:所述釜體遠離所述釜蓋的一側(cè)設(shè)置有與所述腔室連通的至少一個泄壓口，每一所述泄壓口處均安設(shè)有調(diào)壓閥。4.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳射流圍壓釜，其特征在于:于所述釜體上開設(shè)有水浴流道、浴水進口以及浴水出口，所述浴水進口與所述浴水出口均連通至所述水浴流道，所述水浴流道環(huán)繞所述釜體。5.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳射流圍壓釜，其特征在于:所述射管包括穿過所述釜蓋的管體以及設(shè)置于所述管體朝向所述靶盤一側(cè)端部的噴嘴。6.如權(quán)利要求5所述的超臨界二氧化碳射流圍壓釜，其特征在于:所述管體的外表面上設(shè)置有外螺紋，所述釜蓋供所述管體穿過的通孔的內(nèi)壁上設(shè)置有與所述外螺紋配合的內(nèi)螺紋。7.如權(quán)利要求6所述的超臨界二氧化碳射流圍壓釜，其特征在于:所述靶盤與所述噴嘴之間的距離為5-200mm。8.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳射流圍壓釜，其特征在于:所述可視化窗包括開設(shè)于所述釜體上的開口以及封堵所述開口的透明板，所述透明板朝向所述腔室的一側(cè)與所述釜體之間夾設(shè)有密封圈。9.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳射流圍壓釜，其特征在于:所述釜蓋內(nèi)嵌于所述釜體上，兩者之間螺紋連接，且于所述釜蓋向外一側(cè)開設(shè)有拆裝孔。10.一種超臨界二氧化碳射流監(jiān)測系統(tǒng)，包括信號采集器，其特征在于:還包括如權(quán)利要求1-9任一項所述的超臨界二氧化碳射流圍壓釜，所述傳感器的所述信號線電連接至所述信號采集器。
【文檔編號】G01L5/00GK105823590SQ201610316530
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】康勇, 江建洪, 胡毅, 王曉川, 黃滿, 蔡燦
【申請人】武漢大學(xué), 蘇州大學(xué)