1.一种磁悬浮气固两相激波管实验装置,包括高气压段(2)、爆破隔膜(3)、气压段(4)、圆变方过渡段(5)、第一方管段(6)、可视化测试段(7)、第二方管段(12)和收集箱(13);高压气瓶(1)的出口端依次经过高气压段(2)、气压段(4)后与第一方管段(6)的入口段连接,气压段(4)和第一方管段(6)之间通过圆变方过渡段(5)连接,高气压段(2)和气压段(4)端口对接之间设有爆破隔膜(3),第一方管段(6)的出口端依次经过可视化测试段(7)、第二方管段(12)后与收集箱(13);其特征在于:可视化测试段(7)内顶面和内底面的两侧均开设有凹槽,每个凹槽内通过隔板固定螺帽(18)和隔板连接杆(19)铰接安装有分隔板(11),隔板连接杆(19)贯穿于分隔板(11)安装且固定连接,隔板连接杆(19)两端活动安装于可视化测试段(7)侧壁并在端部安装有隔板固定螺帽(18)的进行限位;隔板连接杆(19)作为分隔板(11)旋转轴,分隔板(11)的旋转轴位于靠近可视化测试段(7)中央的一侧;可视化测试段(7)内顶面两侧的两个分隔板(11)以可视化测试段(7)中央对称布置,可视化测试段(7)内底面两侧的两个分隔板(11)以可视化测试段(7)中央对称布置;隔板连接杆(19)端部连接外部的旋转驱动源,驱动隔板连接杆(19)旋转进而带动分隔板(11)旋转落下到竖直位置阻挡住可视化测试段(7)的流通,然后在两块分隔板(11)落下后围成可视化测试段(7)内部封闭空间,封闭空间中具有颗粒;可视化测试段(7)外部的上下方各安装一个可拆卸电磁线圈(8),两个可拆卸电磁线圈(8)的轴向同轴竖直布置且在可视化测试段(7)的上方和下方以上下对称布置;两个可拆卸电磁线圈(8)均连接到可调直流电源(9),通过可调直流电源(9)驱动可拆卸电磁线圈(8)通电产生电磁场,电磁场对颗粒施加垂直向上的反重力,通过调节经过可拆卸电磁线圈(8)的电流大小,使得在分隔板(11)围成的内部封闭空间内的颗粒在磁场力和重力的平衡下形成静态悬浮颗粒床;第一方管段(6)上安装有沿爆破方向间隔布置的第一压力传感器(17)和第二压力传感器(16),第二方管段(12)上安装有沿爆破方向间隔布置的第三压力传感器(15)和第四压力传感器(14);
所述的可视化测试段(7)内顶面两侧的两个分隔板(11)的长度尺寸为可视化测试段(7)上下内径尺寸加上凹槽的厚度尺寸;
所述的可视化测试段(7)内底面两侧的两个分隔板(11)的长度尺寸为可视化测试段(7)上下内径尺寸加上两个凹槽的厚度尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮气固两相激波管实验装置,其特征在于:所述的可视化测试段(7)内顶面两侧的两个分隔板(11)的旋转轴相比可视化测试段(7)内底面两侧的两个分隔板(11)的旋转轴更靠近可视化测试段(7)中央,形成上下两组分隔板(11)的错位分布;可视化测试段(7)内顶面两侧的两个分隔板(11)之间的间距为d,可视化测试段(7)内底面两侧的两个分隔板(11)之间的间距为3d。
3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮气固两相激波管实验装置,其特征在于:通过调节电磁线圈(8)的电流强度实现对颗粒悬浮和分隔板(11)围成的内部封闭空间内的颗粒体积分数的控制。
4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮气固两相激波管实验装置,其特征在于:通过调整不同组合的两块分隔板(11)落下形成不同大小和位置的内部封闭空间,进而实现气固两相激波管实验的颗粒悬浮和颗粒体积分数的调控。
5.根据权利要求1所述的一种磁悬浮气固两相激波管实验装置,其特征在于:所述的可视化测试段(7)采用透明材质。
6.根据权利要求1所述的一种磁悬浮气固两相激波管实验装置,其特征在于:所述的电磁线圈(8)的线圈缠绕符合以下设定要求:
其中,z(n)表示每米线圈缠绕圈数为n时对应的线圈沿Z方向的位置,z方向是竖直方向;v为单个颗粒体积大小,μ0为颗粒的真空磁导率,M¥为颗粒的材料的饱和磁化强度,n为每米的线圈缠绕圈数,n0表示z方向为零时即初始位置的线圈缠绕圈数,I为线圈的电流大小,γ表征了颗粒的磁感应特性,c为常数。
7.应用于权利要求1‑5任一所述磁悬浮气固两相激波管实验装置的一种实验方法,其特征在于:采用权利要求1‑5任一所述装置,初始高压气瓶(1)未打开,通过隔板连接杆(19)带动两块分隔板(11)旋转落下至竖直位置,将称量记录好重量的颗粒放置在两块分隔板(11)之间围成的内部封闭空间内,利用震动使颗粒在内部封闭空间内分布均匀;
然后打开可调直流电源(9)使得电磁线圈(8)通电产生电磁场,调节电磁线圈(8)的电流使在内部封闭空间内的颗粒悬浮并形成分布均匀的静态悬浮颗粒床,通过高速摄影仪透过采集可视化测试段(7)中颗粒床的视频影像;
接着打开高压气瓶(1)使高气压段(2)与气压段(4)存在气压比,采用爆破隔膜(3)破膜的方式产生激波,激波依次经过气压段(4)、圆变方过渡段(5)、第一方管段(6)后进入可视化测试段(7)中,激波经过可视化测试段(7)对静态的悬浮颗粒床进行冲击碰撞后,经第二方管段(12)进入收集箱(13);
激波在经过可视化测试段(7)和静态悬浮颗粒床发生冲击碰撞时,使用纹影仪将可视化测试段(7)处激波和颗粒碰撞产生的激波‑颗粒相互作用和颗粒‑颗粒相互作用反映成影像,同时用高速摄影仪记录影像,并且通过四个压力传感器(14‑17)采集压力数据获得激波马赫数的衰减变化,完成气固两相激波管实验。
8.根据权利要求7所述的一种实验方法,其特征在于:通过四个压力传感器(14‑17)采集压力数据获得激波的衰减变化具体采用以下方式处理获得:
1)根据第一压力传感器(17)和第二压力传感器(16)之间的轴向间距以及第一压力传感器(17)和第二压力传感器(16)分别采集到压力数据的时间差采用以下公式计算获得激波的速度VS:式中,d表示第一压力传感器(17)和第二压力传感器(16)之间的轴向距离,t0、t1分别表示激波通过第一压力传感器(17)和第二压力传感器(16)的时刻;
进而计算获得入射激波的马赫数MS:
其中,a 0为当地声速;
2)由第三压力传感器(15)和第四压力传感器(14)采集获得的压力数据采用与步骤1)相同的方式计算获得激波的马赫数;
3)将步骤2)获得的激波的马赫数和步骤1)获得的入射激波的马赫数相减的差值作为激波马赫数的衰减变化。