气蚀测试实验装置、气蚀测试方法、设备和介质与流程

本发明涉及气蚀实验领域，具体涉及一种气蚀测试实验装置、气蚀测试方法、设备和介质。

背景技术：

气蚀也称空蚀，是指当液体在与固体表面接触处的压力低于它的饱和蒸汽压力时，将在固体表面附近形成气泡。另外，溶解在液体中的气体也可能析出而形成气泡。随后，当气泡流动到液体压力超过气泡压力的地方时，气泡便溃灭，在溃灭瞬时产生极大的冲击力和高温。固体表面经受这种冲击力的多次反复作用，材料发生疲劳脱落，使表面出现小凹坑，进而发展成海绵状。严重的其实可在表面形成大片的凹坑，甚至穿孔。气蚀的程度以空蚀强度来衡量。气蚀强度常用单位时间内材料的减重、减容、穿孔数和表面粗糙度变化作为特征量。气蚀空化是以液体为介质的泵、水轮机、水泵水轮机以及螺旋桨等透平机械的两个特有流体力学问题之一。为了保证液体机械的正常运转，需要对空化和气蚀采取防护措施，除了提高液体机械本身的空化性能外，还需要对材料的抗空化气蚀性能进行研究。

现有技术中，在测试材料的抗气蚀性能时，需要在测试过程中多次将样品从测试环境中取出，以便对气蚀造成的连续损伤进行观察和测量。虽然在重新安装样品时会通过标记对准等手段保证样品的安装位置保持不变，但是在微观层面上，每次重新安装后，测试液体相对于样品表面的冲击位置都发生了改变。

因此，现有技术在测试过程中需要不断重复地将样品取出、承重以记录测试数据，效率低下；更重要的是，在测试连续的气蚀损伤连续时，存在较大误差，测试结果的可靠性和准确性存在不足，不能反映真实工况下气蚀损伤的发展趋势和样品的气蚀性能。

技术实现要素：

为了解决上述问题。本发明提供一种气蚀测试实验装置、气蚀测试方法、设备。本发明的实验装置在测试气蚀损伤过程中无需取出样品；本发明的气蚀测试方法和设备能够快速准确地提供测试结果。

根据本发明的第一方面，提供一种气蚀测试实验装置，包括：该装置包括：主体，主体为筒状结构，主体的至少三面具有开口；第一封盖、第二封盖和第三封盖，第一封盖、第二封盖与第三封盖通过紧固件分别紧固于主体的三面开口处，主体与第一封盖、第二封盖、第三封盖共同形成用于测试的腔室；喷嘴孔，设置在第一封盖的表面上，喷嘴经由喷嘴孔设置在腔室中；样品座，用于放置测试样品，样品座经由第二封盖的表面上的样品座通孔，设置在腔室中；影像观测部，影像观测部的一端经由第三封盖的表面上的观测通孔，设置在腔室中，观测设备通过影像观测部采集样品的影像数据；其中，样品座能够在正对喷嘴的第一位置及正对影像观测部的第二位置之间旋转，使得测试样品在第一位置和第二位置分别正对喷嘴和影像观测部。

可选地，样品座还包括样品座旋转杆，样品座旋转杆穿过样品座通孔与样品座连接，通过在主体外部转动样品座旋转杆，样品座与样品座旋转杆一起旋转，使得样品座旋转到第一位置或第二位置之一。

可选地，观测设备的物镜从影像观测部的另一端插入影像观测部内。

根据本发明的第二方面，提供了一种气蚀测试方法，用于高速流体环境下的气蚀测试，该方法包括如下步骤：接收步骤，接收来自如上第一方面的气蚀测试实验装置的样品的图像数据；计算步骤，根据图像数据，计算样品在气蚀测试过程中的体积损失量；建立步骤，根据体积损失量，建立样品的体积损失和测试时间之间的测试关系；判断步骤，根据测试关系，判断样品的气蚀性能。

可选地，在计算步骤中，根据图像数据对样品的测试表面建立模型，根据模型在测试时间内的体积变化，计算体积损失量。

可选地，接收步骤可进一步包括接收液体的喷射压力数据和液体的性质数据。

根据本发明的第三方面，提供一种气蚀测试设备，用于高速流体环境下的气蚀测试，包括如下模块：接收模块，用于接收来自第一方面的气蚀测试实验装置的样品的图像数据；计算模块，用于根据图像数据，计算样品在气蚀测试过程中的体积损失量；建立模块，用于根据体积损失量，建立样品的体积损失和测试时间之间的测试关系；判断模块，用于根据测试关系，判断样品的气蚀性能。

可选地，在计算模块中，根据图像数据对样品的测试表面建立模型，根据模型在测试时间内的变化，计算体积损失量。

可选地，接收模块可进一步包括接收液体的喷射压力数据和液体的性质数据。

根据本发明的第四方面，还提供一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质具有存储在其中的指令，当该指令被执行时，使得处理器执行气蚀测试方法，该指令包括：接收来自上述气蚀测试实验装置的样品的图像数据；根据图像数据，计算样品在气蚀测试过程中的体积损失量；根据体积损失量，建立样品的体积损失和测试时间之间的测试关系；根据测试关系，判断样品的气蚀性能。

根据本发明的第五方面，还提供一种设备，包括存储器，存储有计算机可执行指令，处理器，处理器被配置为执行指令以实施气蚀测试的过程，该过程包括：接收来自上述气蚀测试实验装置的样品的图像数据；根据图像数据，计算样品在气蚀测试过程中的体积损失量；根据体积损失量，建立样品的体积损失和测试时间之间的测试关系；根据测试关系，判断样品的气蚀性能。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

本发明实施例的气蚀测试实验装置能够简化气蚀数据的获取过程，提高实验效率。另外，可以避免获取测试数据时对实验环境的影响，降低实验误差，进而真实地反映气蚀损伤的发展趋势和样品的气蚀性能，得到准确可靠的测试结果。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的气蚀测试实验装置的俯视图。

图2示出了根据本发明实施例的气蚀测试实验装置的侧视图。

图3示出了根据本发明实施例的气蚀测试实验装置的a-a线截面的剖面图。

图4示出了根据本发明实施例的气蚀测试实验装置的b-b线截面的剖面图。

图5示出了根据本发明实施例的气蚀测试方法的流程图。

图6示出了根据本发明实施例的气蚀测试方法的质量损失和时间的关系示意图。

图7示出了根据本发明实施例的气蚀测试设备的模块示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了根据实施例的气蚀测试实验装置的俯视图，图2示出了根据实施例的气蚀测试实验装置的侧视图，图3和图4分别示出了根据实施例的气蚀测试实验装置a-a线截面和b-b线截面的剖面图。

如图1至图4所示，图中附图标记分别为：主体1、喷嘴座2、喷嘴固定螺母3、喷嘴4、喷口5、喷嘴安装座6、排水口7、实验腔体后盖8、实验腔体前盖9、样品组件安装座10、样品座旋转杆(截面)11、样品座12、样品13、样品紧定螺丝14、固定螺母15、样品座固定螺栓16、喷嘴压板17、喷嘴压板螺栓18、显微镜头固定座19、显微镜头固定螺栓20、观测部21、盖板固定螺栓22、样品旋转杆手柄23、螺栓24、外垫片25、实验腔密封圈26、喷头安装座密封圈27、镜头座密封圈28、喷头座密封圈29、内垫片30、样品旋转杆31、旋转杆安装座32。

根据本发明的实施例，主体1为筒状结构。为了在各种压力和液体环境中，测试样品材料的气蚀情况，主体1优选地使用高强度耐腐蚀材料，例如型号为3203、3205、3207的双向不锈钢。在一些实例中，主体1可以是外边长在10cm到20cm之间的立方体。

如图2所示，喷嘴安装座6、显微镜头固定座19和旋转杆安装座32通过紧固件分别相对的紧固于主体1的三面开口处，以共同形成用于测试的实验腔体。该实验腔体能够保证测试在密闭的环境中进行，不受外界因素的影响。

喷嘴4经由喷嘴安装座6表面上的喷嘴孔设置在实验腔体中。喷嘴4可以向样品材料喷出多种压力的不同液体，在一些实例中，为了使测试接近实际使用工况，喷嘴4可以喷出压力范围在5mpa到40mpa之间的各种液体。更加真实地模拟不同的高速流体及压力环境，使实验数据更为准确、可靠。

样品座12经由旋转杆安装座32表面的样品座通孔设置在实验腔体中。在一些实例中，样品座12能够放置不大于8mm╳4mm的样品材料。样品紧定螺丝14将样品13牢固地固定在样品座12上。样品座12与样品旋转杆31连接并通过样品座固定螺栓16紧固。

如图2所示，观测部21的一端通过显微镜头固定座19的通孔设置在实验腔体中。在实验时，诸如扫描电子显微镜的观测设备的物镜插入并固定在观测部21内。

根据实施例，如图2至图4所示，样品旋转杆31的一端通过旋转杆安装座32表面的样品座通孔插入实验腔体中，样品旋转杆31通过固定螺母15、内垫片30、外垫片25利用螺纹结合、紧配合接合等方式安装在旋转杆安装座32。样品旋转杆31在主体1外部的另一端安装有通过螺栓24固定的样品旋转杆手柄23，拨动样品旋转杆手柄23以控制样品旋转杆31转动。作为一个实例，例如，可通过松动或紧固固定螺母15使样品旋转杆31能够旋转到或紧固在预定位置。

根据本发明的实施例，在测试开始前，样品13被固定在样品座12上，首先，旋转样品旋转杆31使样品座12转动到观测部21的正下方，此时，样品座12的中轴与观测部21的中轴重合，样品13位于观测设备的物镜的视角中心，观测设备记录样品13的上表面的图像数据；然后，旋转样品旋转杆31使样品座12转动到喷嘴4的正前方，此时，样品座12的中轴与喷口5的中轴重合，样品13的上表面正面对喷口5，喷口5的射流可以朝向样品13的上表面的中心喷射。气蚀测试开始后，喷口5向样品13喷射高压液体，模拟高速流体对样品的冲击，在测试过程中可以按预定时间间隔观测样品的气蚀情况，这时，喷口5可以暂停喷射，然后只需将样品座12再次旋转到观测部21的正下方，并通过观测设备记录样品13的上表面的图像数据，之后将样品座12旋转到正对喷嘴4的位置继续进行测试，如此往复直到获得所需的实验数据。

排水口7设置在主体1的底面上，排水口7用于在喷嘴4喷射液体时，排出实验腔体的废液，避免废液对实验数据产生影响。

在主体1前后的实验腔体前盖9和实验腔体后盖8可以是诸如石英玻璃等的高强度玻璃。在实验过程中，可以使用高速摄像机通过实验腔体前盖9和实验腔体后盖8记录样品13发生气蚀的过程。高速摄像机的记录结果可与实验数据相互结合，这样不仅能够检验实验数据的准确性，还能够可视化的呈现损伤程度与实验数据的对应关系，提高气蚀测试的准确性。

如上所述，根据本发明实施例的气蚀测试实验装置能够简化气蚀数据的获取过程，提高实验效率。另外，可以避免获取测试数据时对实验环境的影响，降低实验误差，进而真实地反映气蚀损伤的发展趋势和样品的气蚀性能，得到准确可靠的测试结果。

图5示出了根据本发明实施例的气蚀测试方法500的流程图。

如图5所示，该方法具体处理流程如下所述：

s510、接收来自上述气蚀测试实验装置的样品的图像数据；

s520、根据图像数据，计算样品在气蚀测试过程中的体积损失量；

s530、根据体积损失量，建立样品的体积损失和测试时间之间的测试关系；

s540、根据测试关系，判断样品的气蚀性能。

根据本发明的一个实施例，如上所述的气蚀测试实验装置会在测试过程中采集多个图像数据，这些图像数据包括样品在测试开始前、测试过程中和测试结束后等各个阶段的显微图像数据。这些显微图像数据完整记录了样品表面的气蚀损伤情况。气蚀测试设备接收这些图像数据以进行后续处理。

可选地，可以在s510同时接收喷嘴4的喷射压力数据，以及喷射液体的性质数据，喷射液体的性质数据包括但不限于，液体中关键物质的浓度、液体的属性等，例如液体中的盐分浓度，液体的离子种类等。喷射液体的性质数据能够精确地模拟产品实际工作中的各种液体环境，这样既有助于扩大实验装置和测试方法的应用领域，又能够为气蚀测试提供贴近实际的液体环境数据。

在步骤s520中，上述图像数据被采样以建立样品表面的三维模型，根据这些模型在测试过程中的体积变化，计算样品的体积损失量。具体来说，对样品在各个阶段的显微图像数据进行采样，来形成样品表面的3d模型，之后将测试开始前的模型与测试各个阶段的3d模型进行比对计算，可以得到样品在测试各个阶段的体积损失量。

在步骤s530，根据图像数据获取的时间点和获得的体积损失量，可以得到样品体积损失量相对于时间的关系曲线。可选地，如图6所示，根据质量、密度、体积三者之间的关系，还可以建立质量损失量相对于时间的关系曲线。可选地，还可以建立同种样品在不同喷射压力和/或喷射液体的条件下，质量损失和时间的关系。

在步骤s540，根据步骤s530中获得测试关系，可以判断各种实验条件下样品的气蚀性能，尤其是样品的气蚀损伤的发展趋势。

如上所述，根据本发明实施例的气蚀测试方法能够快速准确地判断材料的气蚀性能。

图7是根据本发明示例性的实施例的用于高速流体环境下的气蚀测试设备700的示意性框图。该设备用于执行上述方法流程，包括：

接收模块710，用于接收来自上述气蚀测试实验装置的样品的图像数据；

计算模块720，用于根据图像数据，计算样品在气蚀测试过程中的体积损失量；

建立模块730，用于根据体积损失量，建立样品的体积损失和测试时间之间的测试关系；

判断模块740，用于根据测试关系，判断样品的气蚀性能。

可选地，在计算模块中，根据图像数据对样品的测试表面建立模型，根据模型在测试时间内的变化，计算体积损失量。

可选地，接收模块可进一步包括接收液体的喷射压力数据和液体的性质数据。

需要说明的是，气蚀测试设备700对应于上述方法中的气蚀测试设备，其中，接收模块710、计算模块720、建立模块730和判断模块740可以被配置为用于执行方法500中相应的操作、动作以及过程，此处省略对这些操作、动作以及过程的描述。

进一步的，根据本发明的另一实施例，还提供一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质具有存储在其中的指令，当该指令被执行时，使得处理器执行气蚀测试方法，该指令包括：接收来自上述气蚀测试实验装置的样品的图像数据；根据图像数据，计算样品在气蚀测试过程中的体积损失量；根据体积损失量，建立样品的体积损失和测试时间之间的测试关系；根据测试关系，判断样品的气蚀性能。

进一步的，根据本发明的另一实施例，还提供一种设备，包括存储器，存储有计算机可执行指令，处理器，处理器被配置为执行指令以实施气蚀测试的过程，该过程包括：接收来自上述气蚀测试实验装置的样品的图像数据；根据图像数据，计算样品在气蚀测试过程中的体积损失量；根据体积损失量，建立样品的体积损失和测试时间之间的测试关系；根据测试关系，判断样品的气蚀性能。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的第一终端设备来实现。在列举了若干终端设备的单元权利要求中，这些终端设备中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管本文已公开了各种方面和实施例，但其它方面和实施例对于本领域技术人员而言将是明显的。本文公开的各种方面和实施例是为了说明的目的，而不意在进行限制，真实的范围应当由所附权利要求以及这样的权利要求所被授权的等效物的全部范围指示。还要理解，本文中使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不意在进行限制。