本發(fā)明公開了一種鉛鉍合金消融實驗裝置和實驗方法。包括絕熱上桶、絕熱下桶和圓臺柱塞，上桶和下桶固定連接，絕熱上桶設(shè)有桶蓋，底端開有錐形通孔，錐形通孔內(nèi)安圓臺柱塞，鋼絲繩一端固定在圓臺柱塞上，鋼絲繩另一端與橡膠塞連接；絕熱上桶內(nèi)裝硅油，絕熱下桶內(nèi)部填充有鉛鉍合金，絕熱下桶正下方有動態(tài)天平和量杯；硅油與鉛鉍合金混合體下落入量杯內(nèi)，根據(jù)量杯和動態(tài)天平的影像獲得不同時刻量杯內(nèi)的總體積和總質(zhì)量，處理獲得消融質(zhì)量隨時間的變化曲線；用熱電偶測量溫度，處理獲得溫度隨時間變化的曲線。本發(fā)明能進行鉛鉍合金消融實驗，得到鉛鉍合金消融的質(zhì)量與時間的關(guān)系及鉛鉍合金內(nèi)確定點上溫度與時間的關(guān)系，驗證流動傳熱模型的正確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了一種實驗裝置和方法，尤其是涉及了一種鉛鉍合金消融實驗裝置和實驗方法。

背景技術(shù)

計算機性能的不斷提高和計算流體力學的飛速發(fā)展，給工程分析、設(shè)計及科學研究等領(lǐng)域帶來急劇的革命性變化。用數(shù)值模擬的方法分析取得了重大的進步，特別是在處理數(shù)學方法難于處理的復雜邊界問題、復雜造型幾何問題及模型試驗方法求解代價過高的問題等方面。通過數(shù)值模擬的方法，可以減少設(shè)計成本、降低設(shè)計風險、縮短設(shè)計周期。

無網(wǎng)格法是近年來興起的一類數(shù)值模擬方法。無網(wǎng)格法采用離散粒子代替流體，通過流體控制方法離散到具有一定作用關(guān)系的粒子上進行整體求解，在通過時間推進的方法獲得流場的非定常流動信息。

移動粒子半隱式法(MPS)是一種用于計算不可壓縮流體運動的無網(wǎng)格方法，是完全Lagrange無網(wǎng)格粒子法。整個計算過程不需要任何背景網(wǎng)格，且滿足連續(xù)介質(zhì)模型，廣泛應(yīng)運于不可壓縮流體。MPS方法的基本思想是將求解區(qū)域內(nèi)部及邊界按一定的形式離散成一系列粒子，采用離散的粒子代表宏觀流體和固體邊界，每個粒子都攜帶相應(yīng)的流動信息，在Lagrange框架下，基于粒子間的相互作用關(guān)系將基本流動方程進行離散和求解，通過物理場之間的耦合關(guān)系對下一時刻各離子的流動信息進行修正，以時間層推進的方式，獲得整個流場的動態(tài)流動信息。

移動粒子的半隱式(MPS)方法模擬無粘性且不可壓縮性流體自由表面的流動現(xiàn)象，解決了以往在傳統(tǒng)的網(wǎng)格方法中存在的網(wǎng)格劃分困難以及網(wǎng)格容易發(fā)生畸變等一系列的問題。

針對容器內(nèi)的流體，給定其速度邊界，采用MPS方法對其流動現(xiàn)象進行了數(shù)值模擬，從而進一步驗證了這種方法在解決自由表面流動問題上的可行性和優(yōu)越性。但是現(xiàn)有技術(shù)中針對上述軟件方法模擬獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果缺少一種驗證其正確性的方式。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述背景技術(shù)中所描述的移動粒子的半隱式方法(MPS)，本發(fā)明的目的在于提供了一種鉛鉍合金消融實驗裝置和實驗方法，用于獲得實驗數(shù)據(jù)驗證數(shù)值模擬結(jié)果的準確性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一、一種鉛鉍合金消融實驗裝置：

裝置包括絕熱上桶、絕熱下桶和圓臺柱塞，絕熱上桶和絕熱下桶之間通過螺釘固定連接，絕熱上桶頂端設(shè)有桶蓋，底端中心開有錐形通孔，錐形通孔內(nèi)安裝圓臺柱塞，鋼絲繩一端固定在圓臺柱塞上，鋼絲繩另一端向上穿過桶蓋后與橡膠塞連接，防止鋼絲繩隨意移動；絕熱上桶內(nèi)裝有硅油，絕熱下桶兩端均開口并在內(nèi)部填充有鉛鉍合金，絕熱下桶正下方設(shè)有動態(tài)天平和放置在動態(tài)天平上的量杯。

所述的絕熱上桶的容積大于絕熱下桶的容積，使存在足夠的硅油消融鉛鉍合金。

所述的絕熱上桶、絕熱下桶和圓臺柱塞均為絕熱材料制成。

所述的絕熱下桶內(nèi)設(shè)置多根熱電偶，熱電偶測量端插入到鉛鉍合金中。通過熱電偶測量鉛鉍合金內(nèi)熱電偶所在處的溫度，進而獲得溫度隨時間變化的曲線。

所述的鉛鉍合金中心預(yù)留有與錐形通孔同軸相通的小孔，小孔用于在圓臺柱塞拔出后的開始時間內(nèi)硅油能夠順利流通。

二、一種鉛鉍合金消融實驗方法：