Laval Nozzle experiment
高寅斌
大家好!最近这段时间,我全身心投入到一项纹影实验中。过程跌宕起伏,充满挑战,但也收获颇丰。今天就想和大家分享这段难忘的实验历程。
3月20日,我迎来了首次实验。本怀着满满的期待,却遭遇了“当头一棒”。反复调试纹影设备后,始终无法捕捉到任何气流特征图像。无奈之下,我立刻与老师沟通,经过一番深入分析,初步怀疑是喷嘴出口与纹影视场距离过远,导致气体结构无法完整呈现。本计划通过抬高喷嘴来解决问题,可检查时发现伺服电机尚未接电,只能将希望寄托于次日。
3月21日,伺服电机完成接电,我第一时间抬高喷嘴,可结果依旧不尽人意,纹影画面中仍然看不到气流结构。仔细观察后发现,即便电机升至最高位置,喷嘴出口面与视场之间仍存在较大高度差。面对这一难题,我只能继续思考新的解决方案。
3月22日下午,我决定对试验台进行全面调整,将电机层整体抬高,希望借此让喷嘴出口完全进入视场。经过一下午的忙碌,终于完成了调整,视场中也顺利出现了喷嘴出口面。随后,我开启空压机接入高压气,然而,还是没能观测到气体特征。不过,在开阀瞬间,视场中闪过一道黑影,由于缺乏足够线索,暂时无法确定其成因。老师针对这一情况,提出了两种可能:一是视场范围过小,难以清晰捕捉气流全貌;二是气体流量不足,尚未形成明显的激波结构。受限于现有条件,实验不得不暂时中断。
为了解决视场问题,3月23日,我定制了孔径更小的喷嘴,期望以此确保气流边界能够完整呈现在视场中。当天下午,我还安装了流量计进行流量测定,结果显示实际流量远超100L/Min的量程,这意味着流量并非实验失败的原因,问题大概率出在视场方面。由于新喷嘴需要一定制作时间,实验只能继续推迟。
3月24日,因等待新喷嘴制作,实验没有实质性进展。
3月25日中午,我拿到了1mm和2mm孔径的新喷嘴。下午安装完毕后,我开始核查流量,却又遇到了新问题:实际测定流量与计算流量存在较大偏差,除1mm喷嘴外,其余喷嘴均无法正常测量流量,只能先搁置这一问题。当晚,我使用1mm喷嘴再次进行实验,终于成功拍摄到了第一张气体结构的纹影照片!

第一张气体结构的纹影照片!
那一刻,内心的喜悦与成就感难以言表。 有了前一天的经验,3月26日,我换上2mm孔径的喷嘴继续实验。这次获得的气体结构图像更加清晰,与理论预期基本吻合,实验终于步入正轨。\

更加清晰的激波图片
3月27日,我更换了视场更大的新相机,对1mm喷嘴射流重新进行纹影拍摄,又取得了新的实验成果。

更大视场的图片,可以看到6个马赫环
到了3月28日,纹影实验暂时告一段落。接下来,我计划对试验台进行调整,搭建与纹影系统垂直的TDLAS光路,进一步深入研究。目前,流量测定值与计算值偏差较大的问题仍未解决,我也在不断思考优化方案。此外,后续实验还打算加装腔体,开展空气和二氧化碳混合喷射实验。我会继续记录实验进展,到时候再和大家分享新的发现与挑战!