一种微间隙高速流体空化观测装置

文档序号:25997995发布日期:2021-07-23 21:13阅读:55来源:国知局
一种微间隙高速流体空化观测装置

本发明涉及空泡观测技术,特别是涉及一种基于高速图像采集的微间隙高速流体空化定量观测装置。



背景技术:

工业设备中经常存在液体流经微间隙通道的实例。微间隙流道通常具有渐扩、渐缩的特点,其内部液体的流速较高、流动状况复杂。微间隙中流体的流动状态与空化、相变情况将影响工业系统的工作性能。为研究微间隙中液体空化与空泡产生机理,有必要对空泡生成、发展等过程进行观测。

由于微间隙设备的复杂性及其工作时流体的不稳定工况,因此较难在微间隙运行过程中直接对微间隙中的工质空泡进行观测。目前,对微间隙空化的研究方法是对空蚀结果进行研究,不涉及空化过程的监测;或仅对空化过程进行定性监测,无法对微间隙流道工作区域的空化程度进行观测与定量化描述。



技术实现要素:

为了解决上述问题,本发明提供一种间隙高度为毫米量级、调节精度为微米量级的高流速微间隙空化定量观测装置。

本发明所采用的技术方案是:

一种微间隙高速流体空化观测装置,其特殊之处在于:

包括微间隙系统、低压抽吸系统、过冷液体供应系统、照明系统和高速图像采集系统;

过冷液体供应系统用于对微间隙系统提供过冷液体;

微间隙系统用于提供微米级调节精度的间隙高度为毫米量级的可视化微间隙,并稳定过冷液体的流动状态;微间隙系统为流体工质提供两种流动方向:其一由微间隙边缘流向中心;其二由微间隙中心流向边缘;

低压抽吸系统用于控制微间隙系统内微间隙中过冷液体的抽吸压力;通过对微间隙中的过冷液体进行抽吸,提升过冷液体流速,使其压力降低,产生流质空化;

高速图像采集系统用于采集和存储在流体工质在微间隙中流动过程中,流体工质空泡的生成、生长与运动图像,所述照明系统为高速图像采集系统在图像采集过程提供强度合适的光线。

优选地,上述微间隙系统包括流道件、透明部件;

透明部件位于流道件下方;流道件下部端面开有微流道,与下方的透明部件形成微间隙;可通过透明部件对微间隙内部过冷液体流动状态进行观测;

流道件与透明部件之间配合的密封件用于密封微间隙,密封件包括多个薄垫片,微间隙高度通过调整流道件和透明部件的薄垫片数目进行调节,其调节精度为微米量级。

优选地,上述微间隙系统包括位移传感器和固定部件;

位移传感器在固定部件上沿圆周等间距配置若干,用于测量可视化微间隙高度。

优选地,上述位移传感器的数量为四个,固定部件底部设有分别与四个位移传感器相对应的微间隙调节螺母,紧固对应的调节螺母,使各位移传感器的示数相同,保证微间隙高度均匀。

优选地,上述微间隙系统还包括机架,流道件伸入机架内部,低压抽吸系统、过冷液体供应系统和高速图像采集系统固定在机架上,用于稳定过冷液体供应系统所供给的过冷液体的流动状态,并在低压抽吸系统从微间隙抽吸过冷液体的过程中,向微间隙内部持续供给稳定流动过冷液体。

优选地,上述透明部件位于流道件的正下方;微流道开设在流道件下部端面中心位置。

优选地,上述低压抽吸系统包含设置在微流道远离微间隙的出口处的第一低压抽吸系统和设置微间隙边缘出口处的第二低压抽吸系统;

低压抽吸系统的抽吸压力可调节,并通过对抽吸压力的调节来控制过冷液体流速;第一低压抽吸系统和第二低压抽吸系统启停关系的改变用于改变微间隙中过冷液体的流动方向。

优选地,上述过冷液体供应系统可以通过对过冷液体的压力和温度分别进行调控,实现对过冷液体过冷度的精确控制。

优选地,上述照明系统为led灯。

本发明的有益效果:

1)本发明装置为一种微间隙空化观测装置,其微间隙系统中的微间隙和微流道连通,流体工质过流断面会发生变化,流体工质的流动速度较高,可导致负压和流质空化,当流体工质由微间隙边缘向中心微流道流动时,过流断面不断缩小;反之,则过流断面的面积不断扩大,本发明可对渐扩、渐缩微流道中不同流速流体工质空化进行相似实验;

2)本发明的微间隙系统采用了透明部件,可对渐扩、渐缩微流道中不同流速流体工质空化进行定量观测;

3)本发明可通过高速图像采集系统透过透明部件对微间隙中流体工质空泡的生成、生长与运动过程图像信息进行采集和储存;

4)本发明微间隙系统内的微间隙高度可调,低压抽吸系统的压力可调,过冷液体供应系统对过冷液体的温度、压力及过冷度可调,因此,本发明可对渐扩、渐缩微流道中不同流速流体工质空化进行相似实验与定量观测。

附图说明

图1为本发明整体组成流程示意图;

图2为本发明整体组成结构示意图;

图3为本发明的立体分解图;

图4为本发明中流道件的截面图;

图5为本发明中机架的截面图;

图6为本发明中固定部件的截面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

本发明提供一种微间隙高速流体空化观测装置,包括微间隙系统1、低压抽吸系统2、过冷液体供应系统3、照明系统和高速图像采集系统4。

过冷液体供应系统3用于对微间隙系统1提供过冷液体;微间隙系统1用于提供微米级调节精度的间隙高度为毫米量级的可视化微间隙,并稳定过冷液体的流动状态;微间隙系统1为流体工质提供两种流动方向:其一由微间隙边缘流向中心;其二由微间隙中心流向边缘;低压抽吸系统2用于控制微间隙系统1内微间隙中过冷液体的抽吸压力;通过对微间隙中的过冷液体进行抽吸,提升流体工质流速,使其压力降低,产生流质空化;高速图像采集系统4用于采集和存储在流体工质在微间隙中流动过程中,流体工质空泡的生成、生长与运动图像,所述照明系统为高速图像采集系统4在图像采集过程提供强度合适的光线。

作为本发明的一个优选实施例,上述微间隙系统1包括流道件11、透明部件12;透明部件12位于流道件11下方;流道件11下部端面开有微流道,与下方的透明部件12形成微间隙;可通过透明部件对微间隙内部过冷液体流动状态进行观测。流道件11与透明部件12之间配合的密封件用于密封微间隙,密封件包括多个薄垫片,微间隙高度通过调整流道件11和透明部件12的薄垫片数目进行调节,其调节精度为微米量级。

作为本发明的一个优选实施例,上述微间隙系统1包括位移传感器13和固定部件14;位移传感器13在固定部件14上沿圆周等间距配置至少三个,用于测量可视化微间隙高度。

作为本发明的一个优选实施例,上述位移传感器13的数量为四个,固定部件14底部设有分别与四个位移传感器13相对应的微间隙调节螺母,紧固对应的调节螺母,使各位移传感器的示数相同,保证微间隙高度均匀。

作为本发明的一个优选实施例,上述微间隙系统1还包括机架15,流道件11伸入机架15内部,低压抽吸系统2、过冷液体供应系统3和高速图像采集系统4固定在机架15上,用于稳定过冷液体供应系统3所供给的过冷液体的流动状态,并在低压抽吸系统2从微间隙抽吸流体工质的过程中,向微间隙内部持续供给稳定流动的过冷液体。

作为本发明的一个优选实施例,上述低压抽吸系统2包含设置在微间隙中心出口处的第一低压抽吸系统21和设置微间隙边缘出口处的第二低压抽吸系统22;低压抽吸系统2的抽吸压力可调节,并通过对抽吸压力的调节来控制过冷液体流速;第一低压抽吸系统21和第二低压抽吸系统22启停关系的改变用于改变微间隙中过冷液体的流动方向。

作为本发明的一个优选实施例,上述过冷液体供应系统3可以通过对过冷液体的压力和温度分别进行调控,实现对过冷液体过冷度的精确控制。

作为本发明的一个优选实施例,所述照明系统为led灯。

实施例

参见图1-图6,一种微间隙高速流体空化观测装置,包括微间隙系统1、低压抽吸系统2、过冷液体供应系统3、高速图像采集系统4、照明系统。

过冷液体供应系统3用于控制过冷液体的温度、压力与过冷度,并将生成的过冷液体输送给微间隙系统1;微间隙系统1用于提供微米级调节精度的间隙高度为毫米量级的可视化微间隙,并稳定过冷液体的流动状态;实际应用中,通过调节过冷液体供应系统3的工作参数分别控制输送给微间隙系统1的过冷液体的温度和压力,从而对流体工质过冷度进行精确控制。

高速图像采集系统4用于采集和存储在流体工质在微间隙中流动过程中,流体工质空泡的生成、生长与运动图像。照明系统为高速图像采集系统4在图像采集过程提供强度合适的光线。

参见图2,本发明的微间隙系统1包括流道件11、透明部件12、位移传感器13、固定部件14和机架15;其中流道件11伸入机架13内部,透明部件12位于流道件11正下方;流道件11下部端面中心开有微流道,与正下方的透明部件12形成微间隙;可通过透明部件12对微间隙内部过冷液体流动状态进行观测;流道件11与透明部件12之间配合的密封件用于密封微间隙,密封件包括多个薄垫片16。微间隙高度通过调整流道件11和透明部件12的薄垫片16数目进行调节,其调节精度为微米量级。

透明部件12设置在固定部件14上,位移传感器13在固定部件14上沿圆周等间距配置四个位移传感器,用于测量可视化微间隙高度,四个位移传感器分别为第一位移传感器131、第二位移传感器132、第三位移传感器133、第四位移传感器134;四个位移传感器分别与固定部件14底部四个微间隙调节螺母一一对应,紧固示数较大的位移传感器所对应的调节螺母,使各位移传感器的示数相同,保证微间隙高度均匀。

机架15用连接微间隙系统1与其他部分,用于稳定过冷液体供应系统3所供给的过冷液体的流动状态,并在低压抽吸系统2从微间隙抽吸过冷液体的过程中,向微间隙内部持续供给稳定流动过冷液体。

低压抽吸系统2包含微量泵但不限于微量泵。过冷液体供应系统3可以采用但不限于现有的气体液化、冷却与增压技术。

本发明的工作原理为:

第一低压抽吸系统21连接微间隙中心出口处,第二低压抽吸系统22连接微间隙边缘出口处,第一低压抽吸系统21和第二低压抽吸系统22分别还与过冷液体供应系统3连接,微间隙系统1、低压抽吸系统2、过冷液体供应系统3构成闭合循环回路。通过改变第一低压抽吸系统21和第二低压抽吸系统22启停关系改变微间隙过冷液体流动方向:其一由微间隙边缘向中心微流道流动,其二由中心微流道向微间隙边缘流动;高速图像采集系统4透过透明部件12捕捉流体工质在微间隙的流动过程中,其空泡的生成、生长与移动的图像信息,并储存所采集的图像信息。

实际应用中,在低压抽吸系统2抽吸前,微间隙被流体工质完全浸润。

本实施例中,流道件11下端面开有与端面垂直的微流道,但不仅限于与端面垂直的微流道。本发明中,流道件11和透明部件12所组成的间距可调的可视化微间隙的调节精度为微米量级。

综上,本发明所述的微间隙空化观测装置中,由过冷液体供应系统生成的定温、定压和定过冷度的过冷液体进入微间隙系统稳定流动状态,一种流动方式为:受低压抽吸系统抽吸,流体工质由微间隙边缘向流道件中心微孔高速流动,其出口压力由低压抽吸系统控制并维持;另一种流动方式为:受低压抽吸系统抽吸,流体工质由流道件中心微孔向微间隙边缘高速流动,其出口压力由过冷液体供应系统低压端控制并维持。高速图像采集系统的采集速度可保证对微间隙中空泡各种运动特点的观测。因此,本发明可对渐扩、渐缩微流道中不同流速流体工质空化进行相似实验与定量观测,且观测精度较高。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

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