专利名称：掺气减蚀直流式水洞装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直流式水洞装置，特别是一种用于研究掺气减蚀的直流式水洞装置。
背景技术：
在溢流坝、泄洪洞、溢洪道等泄水建筑物中，当水流流速达到一定程度时，水流压强低于相应的饱和蒸汽压强，就会产生空化现象。空化会导致流动不稳定，产生剧烈振动和噪声，降低其水力性能，并且由低压区流到较高压力区时会产生空蚀破坏，使材料表面产生空蚀破坏，降低其使用寿命。国内外有很多泄水建筑物都曾发生过空蚀破坏。当空化现象不可避免时，为了减免高速水流空化产生的空蚀破坏，经济而有效的措施是在低压空化区或在易发生空蚀部位上游设置掺气设施强迫掺气。经过研究，掺气可以有效地防止或减轻应有的空蚀破坏程度。常规的循环式水洞难以研究高速水流掺气减蚀的机理，因为水洞循环水流大量掺气后除气困难。
实用新型内容为克服循环式水洞难以研究掺气减蚀的缺点，本实用新型提出一种能有效地研究掺气减蚀机理的掺气减蚀直流式水洞装置。本实用新型的技术方案掺气减蚀直流式水洞装置，其特征在于包括来流管道、收缩段、掺气段、用于研究空化的观察段、用于研究空蚀的扩散段和出流管道，所述来流管道上安装有调节阀、超声波流量计和电磁流量计，所述观察段和扩散段上均设有观察窗，所述扩散段上安装有可更换的混凝土试件，所述观察段和扩散段底部放置有可更换的试验模型，其底部均设有依次排列的测压点，所述出流管道中安装有背压阀。进一步，所述收缩段是由大到小渐缩的呈内凹的1/4的椭圆曲线结构。进一步，所述观察段和扩散段的两侧和顶部均设有观察窗，所述观察窗是有机玻璃观察窗。进一步，所述掺气段设有不同孔径的掺气孔，所述掺气孔按梅花形或交错排列。进一步，所述掺气段设在所述收缩段与所述观察段之间。本实用新型的工作过程为用水泵将蓄水池中水抽入到来流管道中，经调节阀调节流量、超声波流量计和电磁流量计测量流量后进入水洞工作段，水流在水洞工作段内经过收缩段增速减压后形成高速水流进入观察段，此时若在观察段放置试验模型可看到水流会发生空化现象，并形成包含许多空泡的空化水流；接着，空化水流进入扩散段减速增压会使空化水流中的空泡发生溃灭，此时，若在扩散段放置试验模型，会观察到模型被空蚀；在出流管道中设有背压阀，可调节空化水流在扩散段内发生空蚀的程度。水流出扩散段后经出流管道进入回水槽返回蓄水池完成一次水流循环。为了减免高速水流发生空蚀破坏的作用，通常采用掺气来减免空蚀，即在掺气段把空气掺入高速水流，以研究掺气减蚀的机理。[0012]本实用新型的技术构思，所述观察段和扩散段的底部为活动式，可以更换不同试验模型，用来研究不同工况下掺气减蚀的机理。扩散段可以更换混凝土试件，方便研究空蚀对固体边界的破坏程度。所述观察段和扩散段的两侧和顶部设有有机玻璃观察窗，则便于高速摄影机和三维粒子图像测速仪(PIV)的观测，从而研究空化水流的内部流场。所述观察段和扩散段的底部设有依次排列的测压点，便于测量流场的压力，从而研究空化水流的空化数。所述收缩段由大到小、呈内凹的1/4的椭圆曲线渐缩，使得过流面积逐渐减小，以启动水洞正常工作。所述掺气段设有不同孔径的掺气孔，掺气孔按梅花形或交错排列，使高速水流掺气更为均勻、稳定。本实用新型具有操作简单、设备齐全，能有效控制研究的实验条件的优点，且能有效地研究高速水流掺气减蚀的机理。
图1为本实用新型的侧视图。图2为本实用新型的俯视图。图3为本实用新型观察段不同结构示意图。图4为本实用新型扩散段不同结构示意图。图5为本实用新型不同掺气段的掺气孔排列示意图。图6为本实用新型的剖面示意图。图7为本实施例得出减免空蚀最低掺气浓度与流速的关系图。
具体实施方式
参照图广图6，掺气减蚀直流式水洞装置，包括来流管道1、收缩段2、掺气段3、用于研究空化的观察段4、用于研究空蚀的扩散段6和出流管道7，所述来流管道1上安装有调节阀10、超声波流量计8和电磁流量计12，所述观察段4和扩散段6上均设有观察窗，所述扩散段6上安装有可更换的混凝土试件9，所述观察段4和扩散段6的底部放置有可更换的试验模型，其底部均设有依次排列的测压点5，所述的出流管道7中安装有背压阀11。所述收缩段2是由大到小渐缩的呈内凹的1/4的椭圆曲线结构。所述观察段4和扩散段6的两侧和顶部均设有观察窗，所述观察窗是有机玻璃观察窗。所述掺气段3设有不同孔径的掺气孔，所述掺气孔按梅花形或交错排列。所述掺气段3设在所述收缩段2与所述观察段4之间。本实用新型的工作过程为用水泵将蓄水池中水抽入到来流管道1中，经调节阀 10调节流量、超声波流量计8和电磁流量计12测量流量后进入水洞工作段，水流在水洞工作段内经过收缩段2增速减压后形成高速水流进入观察段4，此时若在观察段4放置试验模型可看到水流会发生空化现象，并形成包含许多空泡的空化水流；接着，空化水流进入扩散段6减速增压会使空化水流中的空泡发生溃灭，此时，若在扩散段6放置试验模型，会观察到模型被空蚀；在出流管道7中设有背压阀11，可调节空化水流在扩散段6内发生空蚀的程度。水流出扩散段6后经出流管道7进入回水槽返回蓄水池完成一次水流循环。为了减免高速水流发生空蚀破坏的作用，通常采用掺气来减免空蚀，即在掺气段3把空气掺入高速水流，以研究掺气减蚀的机理。本实用新型的技术构思，所述观察段4和扩散段6可以更换不同模型，用来研究不同工况下掺气减蚀的机理。扩散段6可以更换混凝土试件，方便研究空蚀对固体边界的破坏程度。所述观察段4和扩散段6的两侧和顶部设有有机玻璃观察窗，则便于高速摄影机和三维粒子图像测速仪(PIV)的观测，从而研究空化水流的内部流场。所述观察段4和扩散段6的底部设有依次排列的测压点5，便于测量流场的压力，从而研究空化水流的空化数。所述收缩段2由大到小、呈内凹的1/4的椭圆曲线渐缩，使得过流面积逐渐减小， 以启动水洞正常工作。掺气段3设有不同孔径的掺气孔，掺气孔按梅花形或交错排列，使高速水流掺气更为均勻、稳定。参见图7，试验表明，采用本实用新型的直流式水洞时，可以有效地研究减免空蚀最低掺气浓度(最少掺气量)与水流速度的关系，提出半立方抛物线公式 Cmin=O. 00018V3/2。本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求1.掺气减蚀直流式水洞装置，其特征在于包括来流管道、收缩段、掺气段、用于研究空化的观察段、用于研究空蚀的扩散段和出流管道，所述来流管道上安装有调节阀、超声波流量计和电磁流量计，所述观察段和扩散段上均设有观察窗，所述扩散段上安装有可更换的混凝土试件，所述观察段和扩散段底部放置有可更换的试验模型，其底部均设有依次排列的测压点，所述出流管道中安装有背压阀。
2.如权利要求1所述的掺气减蚀直流式水洞装置，其特征在于所述收缩段是由大到小渐缩的呈内凹的1/4的椭圆曲线结构。
3.如权利要求1或2所述的掺气减蚀直流式水洞装置，其特征在于所述观察段和扩散段的两侧和顶部均设有观察窗，所述观察窗是有机玻璃观察窗。
4.如权利要求3所述的掺气减蚀直流式水洞装置，其特征在于所述掺气段设有不同孔径的掺气孔，所述掺气孔按梅花形或交错排列。
5.如权利要求4所述的掺气减蚀直流式水洞装置，其特征在于所述掺气段设在所述收缩段与所述观察段之间。
专利摘要掺气减蚀直流式水洞装置，包括来流管道、收缩段、掺气段、用于研究空化的观察段、用于研究空蚀的扩散段和出流管道，所述来流管道上安装有调节阀、超声波流量计和电磁流量计，所述观察段和扩散段上均设有观察窗，所述扩散段上安装有可更换的混凝土试件，所述观察段和扩散段底部放置有可更换的试验模型，其底部均设有依次排列的测压点，所述出流管道中安装有背压阀。本实用新型具有操作简单、设备齐全，能有效控制研究的实验条件的优点，且能有效地研究掺气减蚀的机理。
文档编号G01M10/00GK202033172SQ20112002221
公开日2011年11月9日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者俞小伟, 王立, 董志勇, 韩伟, 顔效凡 申请人:浙江工业大学