湿空气超音速凝结实验平台设计

音速喷嘴作为流量计和量值传递标准,被广泛应用于工业过程中。当介质为蒸汽或含湿气体时,其流过音速喷嘴会由于自身温降而发生凝结现象,这对音速喷嘴计量产生重要影响。为研究音速喷嘴中的凝结现象,设计了一套凝结实验平台,分为气路调节系统、高压雾化系统和蒸发加湿系统3部分。针对核心的蒸发加湿单元设计,建立了有限空间内液滴蒸发模型。基于液滴最大蒸发时间,设计了蒸发器尺寸和结构并通过计算流体动力学(CFD)数值模拟验证了设计效果。通过压力控制、管道加热、液滴雾化和蒸发加湿,可实现压力pa=0.1~0.6 MPa、温度Ta=45~65℃和相对湿度RH=0%~100%的快速准确调节。实验结果表明,本实验平台可为音速喷嘴提供不同压力、温度和相对湿度的准确入口条件,为凝结现象研究提供实验基础。