一种在风路中添加PIV示踪粒子的装置的制作方法

本实用新型涉及高速气体流速及流场PIV检测的技术领域，特别涉及一种在风路中添加PIV液体小颗粒烟雾示踪粒子的装置。

背景技术：

PIV粒子图像监测技术可以在不接触风源的前提下，较精确的测量流速及流场分布，其原理为在流场中布撒大量示踪粒子跟随流场运动，把激光束经过组合透镜收缩成片光源照明流场测试切面，使用数字相机拍摄流场照片，得到前后两帧粒子图像，通过计算分析获取流场中一个切面内个点的速度、流量、流线等流场特性。其测量过程需要在风路中添加均匀的示踪粒子（直径约为3μm固体颗粒或液体小颗粒烟雾）。

现有技术在风路中添加示踪粒子的方法主要有两种。

1）、使用烟雾油发生器产生的液体小颗粒烟雾在风源入口添加，在空压机提供压力时，风源入口处会产生负压，通过负压将分散的液体小颗粒烟雾吸入管路中，具有烟雾均匀，成本低等优点，但这种方法要求风源提供装置距出口处较近，且管路不能存在过多弯曲，否则会导致示踪粒子浓度大幅降低，仅适用于压力较低且管路较短的实验场合，另外，空压机本身自带的过滤装置及冷却干燥装置也会大幅降低示踪粒子浓度，应用范围较小，也会减小空压机的使用寿命。

2）、在接近出口的管路中开口，通过专用的固体粒子发生器结合高于管路压力的风源向管路中添加固体示踪粒子，具体的主要包括两种，采用流化床通过高速风将固体粒子分散到容器中，然后将分散的固体示踪粒子注入到管路中，但这种方法很难保证被流化的示踪粒子的均匀性，且可能出现团聚现象，会对测量结果产生影响，另外固体纳米颗粒价格较贵，每500克售价在千元以上，在背压0.3Mpa左右时只能使用8-10分钟。另一种为在容器中点燃艾草，通过高于待测管路的压力将艾草燃烧烟气中的固体示踪粒子注入到管路中，但这种方法会由于艾草燃烧量不易控制，且燃烧所产生的颗粒大小不均而影响监测效果。

技术实现要素：

本实用新型就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种在风路中添加PIV示踪粒子的方法及其装置，其利用粒子发生器生成悬浮液体小颗粒时产生的初始压力将示踪粒子注入到带有排气孔的缸体内，通过外加风源驱动缸体内部活塞将示踪粒子注入到待测管路内，从而实现在高压管路中注入悬浮液体示踪粒子的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，包括待测风路、与待测风路相连通的粒子注入装置、粒子发生器，所述粒子注入装置与粒子发生器相连通；通过粒子发生器将烟雾油雾化产生的悬浮液体小颗粒烟雾作为示踪粒子，利用粒子注入装置将示踪粒子直接注入到待测风路中，实现在高压风路中添加PIV示踪粒子。

作为本实用新型的一种优选方案，所述粒子发生器选用液体示踪粒子发生器或舞台烟雾生成器。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述待测风路包括与风源相连通的风箱、与风箱相连通的出风装置；所述风箱上开设有注入孔，该注入孔通过管路与粒子注入装置相连通。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述待测风路包括风源及出风装置；所述的风源管路上设置有注入孔，该注入孔与粒子注入装置相连通；所述注入孔与出风装置的出风口的距离应大于2倍并小于3倍的风源管径，且应使注入孔位置与出风装置之间的管路无弯曲。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述粒子注入装置包括气缸，该气缸缸体两端设置有缸体端盖，气缸缸体内部设置有可移动的活塞，在缸体靠近待测风路一侧的缸体端盖上设置开孔，并利用连接管路与待测风路相连，所述连接管路上设置电磁阀D；在缸体另一侧端盖上分别设置有量杆孔、进气孔和排气孔；在量杆孔外侧设置挡块，该挡块与缸体另一侧端盖相连；缸体内还设置有一量杆，该量杆一端固定在活塞上，量杆另一端通过量杆孔依次伸出缸体及挡块外，所述挡块与量杆接触面设置有密封圈。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述进气孔与外加气源相连通，该进气孔与外加气源连接的管路上设置有电磁阀A，且外加气源压力高于待测风路气体压力。

作为本实用新型的另一种优选方案，在所述排气孔上连接有排气管路，该排气管路上设置有排气阀。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述活塞与缸体间设置有密封圈用于密封间隙。

作为本实用新型的另一种优选方案，在缸体靠近待测风路一侧端盖上分别设置一螺纹孔和一通孔，在螺纹孔位置安装压力表，通孔用于与粒子发生器的出口相连，粒子发生器和缸体连接管路上设置有电磁阀C。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述缸体侧壁设置有排风孔，该排风孔上设置有电磁阀B，排风孔与缸体另一侧端盖的距离为活塞的厚度加上排风口半径之和。

与现有技术相比本实用新型有益效果。

本实用新型结构简单，可操作性强，使用液体小颗粒烟雾作为示踪粒子可大幅度降低研究成本。通过调整外加风源压力即可调节注入到待测风路中的示踪粒子浓度，且注入浓度可通过可视的量杆进行直观判断。

通过粒子注入装置实现在出风口附近添加液体示踪粒子，可有效避免在风源入口处添加具有的粒子浓度降低、对空压机损伤大、适用范围小等缺点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型粒子注入装置结构示意图。

图3是本实用新型局部结构示意图。

图中，1为待测风路、2为粒子注入装置、3为粒子发生器、011为风源、012为风箱、013为出风装置、021为端盖、022为压力表、023为活塞、024为密封圈、025为量杆、026为缸体、027为挡块、028为量杆密封圈、029为排气阀、0210为外加气源、0211为电磁阀A、0212为电磁阀B、0213为电磁阀C、0214为电磁阀D。

具体实施方式

如图1-3所示，本实用新型包括待测风路1、与待测风路1相连通的粒子注入装置2、粒子发生器3，所述粒子注入装置2与粒子发生器3相连通；通过粒子发生器3将烟雾油雾化产生的悬浮液体小颗粒烟雾作为示踪粒子，利用粒子注入装置2将示踪粒子直接注入到待测风路1中，实现在高压风路中添加PIV示踪粒子。

作为本实用新型的一种优选方案，所述粒子发生器3选用液体示踪粒子发生器或舞台烟雾生成器。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述待测风路1包括与风源011相连通的风箱012、与风箱012相连通的出风装置013；所述风箱012上开设有注入孔，该注入孔通过管路与粒子注入装置2相连通。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述待测风路1包括风源及出风装置013；所述的风源管路上设置有注入孔，该注入孔与粒子注入装置相连通；所述注入孔与出风装置的出风口的距离应大于2倍并小于3倍的风源管径，且应使注入孔位置与出风装置之间的管路无弯曲。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述粒子注入装置包括气缸，该气缸缸体两端设置有缸体端盖021，气缸缸体内部设置有可移动的活塞023，在缸体靠近待测风路一侧的缸体端盖上设置开孔，并利用连接管路与待测风路相连，所述连接管路上设置电磁阀D0214；在缸体另一侧端盖上分别设置有量杆孔、进气孔和排气孔；在量杆孔外侧设置挡块，该挡块与缸体另一侧端盖相连；缸体内还设置有一量杆025，该量杆一端固定在活塞023上，量杆025另一端通过量杆孔依次伸出缸体及挡块外，所述挡块027与量杆接触面设置有量杆密封圈028。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述进气孔与外加气源相连通，该进气孔与外加气源连接的管路上设置有电磁阀A，且外加气源压力高于待测风路气体压力。

作为本实用新型的另一种优选方案，在所述排气孔上连接有排气管路，该排气管路上设置有排气阀。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述活塞与缸体间设置有密封圈024用于密封间隙。

作为本实用新型的另一种优选方案，在缸体靠近待测风路一侧端盖上分别设置一螺纹孔和一通孔，在螺纹孔位置安装压力表，通孔用于与粒子发生器的出口相连，粒子发生器和缸体连接管路上设置有电磁阀C。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述缸体侧壁设置有排风孔，该排风孔上设置有电磁阀B，排风孔与缸体另一侧端盖的距离为活塞023的厚度加上排风口半径之和。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐述。

如图1所示的一种在高速风路中添加PIV示踪粒子的方法及其装置，主要包括待测风路01、粒子注入装置02和粒子发生器03。

通过粒子发生器03将烟雾油雾化产生的悬浮液体小颗粒烟雾作为示踪粒子，利用粒子注入装置02将示踪粒子注入到待测风路中01，进而实现在高压风路中添加PIV示踪粒子的目的。

如图1所示，粒子发生器03可选用液体示踪粒子发生器，也可选用常用的舞台烟雾生成器。

如图2所示，待测风路01，包括风源011，风箱012和出风装置013。在风箱012上相应位置加工注入孔，并利用管路与粒子注入装置02相连。若实际工况中待测风路01未设置风箱012，也可直接在风源管路上接近出口的位置直接加工注入孔，但注入孔与出风装置013的出风口的距离应大于2倍并小于3倍的风源管径，且应使注入孔位置与出风装置013之间的管路无弯曲。

如图2和3所示，粒子注入装置02，结构主要包括缸体端盖021、压力表022、活塞023、活塞密封圈024、量杆025、缸体026、挡块027、量杆密封圈028、排气阀029、外加气源0210、电磁阀A0211、电磁阀B0212、电磁阀C0213和电磁阀D0214。

所述缸体直径φ1和长度L1可根据实际工况确定，在缸体026两端分别设置缸体端盖021，需确保缸体的密闭性。在缸体026内部设置可移动活塞023，在活塞023外圆加工两道密封槽用于安装活塞密封024，所述活塞023的外径应略小于缸体026的内径，能使活塞023在缸体026内自由滑动又不使密封024失效为宜。在缸体026靠近待测风路01一侧缸体端盖021上开孔，用于通过管路与待测风路01相连，并在连接管路上设置电磁阀D0214。缸体026的右侧端盖上分别加工量杆孔、进气孔和排气孔。量杆025一端固定在活塞021的右侧，穿过量杆孔，另一端露于缸体026右端盖外部，在量杆孔外侧设置挡块027，挡块027内壁加工两道密封槽用于安装量杆密封028。

所述量杆025长度尺寸L4的确定方法为；当活塞023移动至最左端时，量杆025最右端平于或略高于量杆挡块027的右端面。

所述进气孔用于连接外加风源0210，需在进气孔管路上设置电磁阀A0211，外加风源0210压力需高于待测风路01内气体压力；在所述排气孔上设置排气管路和排气阀029。在缸体026靠近待测风路一侧外圆上分别加工一个螺纹孔和一个通孔，螺纹孔用于安装压力表022，通孔用于与粒子发生器03出口相连，粒子发生器03和缸体026连接管路上设置电磁阀C0213。在缸体026靠近外加气源0210一侧外圆上加工半径为R的排气孔，并在排气孔上设置电磁阀B0212，所述排气孔的位置尺寸L3为活塞023的厚度L2与排气孔半径R的和，既L3=L2+R。

结合附图和技术方案阐述本实用新型的使用过程。

1）、将活塞023移动至最左侧位置，使排气阀029、电磁阀A0211和电磁阀D0214为关闭状态，使电磁阀B0212和电磁阀C0213为开启状态。

2）、启动粒子发生器03，将粒子发生器03产生的悬浮液体小颗粒烟雾注入到缸体026的左腔内，待电磁阀0212所在管路出口有均匀的示踪粒子烟雾排出时，说明腔内已注满悬浮的示踪粒子。

3）、关闭电磁阀B0212和电磁阀C0213，开启电磁阀D0214和电磁阀A0211，风源0210的压力将驱动活塞023缓慢向左侧移动，进而将缸体腔内的示踪粒子注入到待测风路01内，可通过调节外加气源0210的压力大小来调整示踪粒子注入的速度和浓度，可通过观察量杆025露出挡块027右端面的长度和移动速度来判断活塞023的移动速度和所在位置，此过程可使用相应的PIV设备对待测风路01出口的流场等进行检测。

4）、当活塞023移动到最左端时，一次注入完成，若仍需继续实验，可关闭电磁阀A0211，开启排气阀029，待测管路01中的压力将驱动活塞023向左侧移动并归位，再重复以上步骤可继续进行测量。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。