一种空泡内气体流动规律试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种空泡内气体流动规律试验装置，属于流体力学【技术领域】。压气机的出口通过通气管Ⅳ连接稳压罐的入口，稳压罐出口通过通气管Ⅲ与二分阀门Ⅱ相连，通气管Ⅲ上装有阀门Ⅳ与可调流量计，通气管Ⅲ经二分阀门Ⅱ将气体分为两路：一路气体由通气管Ⅱ连接二分阀门Ⅰ的一个岔口；另一路气体进入粒子注入装置后经通气管Ⅴ与二分阀门Ⅰ的另一岔口连接；二分阀门Ⅰ另一端与通气管Ⅰ连接，通气管Ⅰ与试验件连接；试验件位于水洞实验台的试验段内；激光发生器连接前端设置柱透镜的导光臂，柱透镜正对试验段内的试验件。装置通过气路和粒子注入并利用片光源形成剖面效果，利用高速摄像装置将空泡内气体流动以粒子轨迹进行拍摄和显示。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 实用新型涉及一种试验装置，具体涉及一种空泡内气体流动规律试验装置，属于 流体力学【技术领域】。 一种空泡内气体流动规律试验装置
【背景技术】
[0002] 空化是当液体内部压力降低至饱和蒸汽压时发生的一种剧烈的非定常现象，伴随 着大量空泡的产生、溃灭过程。空泡的产生与溃灭不仅会产生巨大的噪音，更会形成高速的 微射流从而对附近的固体壁面产生巨大的冲击，导致材料的剥蚀。但是，空化可以使物体表 面被一层气体包围。由于物体与气体之间的粘性阻力远小于物体与液体之间的粘性阻力， 因此可以通过通气空化达到减阻的目的，这对于目前的船舶航行降低能耗有着重要意义。
[0003] 目前国内外针对空化减阻的研究主要集中于空化过程中空泡的外形等宏观结果 方面。但是国内外针对空泡内部气体流动规律的研究较少。国外目前还处于理论研究阶段。 国内尚未开展相应研究。 实用新型内容
[0004] 有鉴于此，本实用新型提供了一种空泡内气体流动规律试验装置，通过气路和粒 子注入并利用片光源形成剖面效果，利用高速摄像装置将空泡内气体流动以粒子轨迹进行 显示。装置能够对试验件空泡内部气体流动规律进行研究，并可根据实际状况对实验工况 进行调节。
[0005] -种空泡内气体流动规律试验装置，包括压气机、通气管、稳压罐、可调流量计、粒 子注入装置、阀门、试验件、光源组件和图像采集模块，外围设备为闭式循环水洞实验台；
[0006] 其中，所述光源组件包括激光发生器、导光臂和柱透镜；所述图像采集模块包括高 速摄像机、主机和显示器；
[0007] 所述试验件由本体和头部两部分组成，本体为两端开放的圆形空腔结构，内圆周 面上加工有内螺纹段，一端的内孔从端面沿轴向扩有台阶孔；头部是由锥形段和圆柱段组 成的一体结构，圆柱段为空腔结构，其前端加工与本体内孔螺纹段配合的外螺纹段，外螺纹 段之外的外圆周面上加工与内腔相通的气孔；头部通过圆柱段的螺纹段与本体的内孔配 合，本体的空腔与头部圆柱段的内腔相通，头部圆柱段上的气孔与本体的台阶孔相通，调节 头部旋进本体的螺纹长度即调节本体端面与头部锥形段上相对端面之间的距离，即试验件 上环形缝隙的大小；
[0008] 其整体连接关系为：压气机的出口通过通气管IV连接稳压罐的入口，稳压罐出口 通过通气管III与二分阀门II相连，通气管III上装有阀门IV与可调流量计，通气管III经二分 阀门II将气体分为两路：一路气体由通气管II经阀门II和阀门I后连接在二分阀门I的一 个岔口上；另一路气体由通气管VI经阀门III后进入粒子注入装置中，再由粒子注入装置的 出口经通气管V和阀门V与二分阀门I的另一岔口连接；二分阀门I另一端与通气管I连 接，通气管I与试验件本体上的内螺纹段螺纹连接；试验件位于闭式循环水洞实验台的试 验段内；激光发生器连接导光臂，导光臂的前端设置柱透镜，柱透镜正对试验段内的试验 件，高速摄像机从垂直于柱透镜照射方向正对试验段内的试验件，高速摄像机连接控制其 拍摄沮围和拍摄频率的王机，王机连接显不器，显不器显不拍摄后的图像。
[0009] 所述粒子采用液态石蜡；
[0010] 工作过程：首先启动闭式循环水洞实验台，选定合适的实验段流速；开动压气机 一段时间使其形成连续的压缩空气并注入稳压罐中，通过可调流量计调节合适的气体流量 并同时打开所有通气管上的阀门，使带有粒子或纯净的空气通入试验件本体内的空腔，空 气经头部的排气孔进入本体的台阶孔后沿头部与本体相对端面形成的环形缝隙流出，水流 在试验件周围形成较为稳定的空泡；启动激光器并调节柱透镜形成稳定的片光源对试验件 进行照射，激光发生器产生的可调连续激光经导光臂到达水洞实验段的上部，激光经过柱 透镜产生片光效果后透过实验段上部的透明有机玻璃板照射在实验段内固定的试验件上， 1?速摄像机拍摄实验图片，王机对1?速摄像机通过进彳丁控制，可以调节拍摄沮围、拍摄频 率、曝光时间等拍摄参数，拍摄的照片由显示器进行显示。
[0011] 选择关闭或打开阀门V可控制进入试验件内的是空气是带有粒子或纯净的空气， 由于带有粒子的空气在经高速摄像机拍照后能够反映出气体流动的规律，因此便于对上述 两种空气的流动规律情况进行对比研究。
[0012] 有益效果：
[0013] 1、本发明将试验件设计成本体和头部两部分，通过相互之间的螺纹配合来实现试 验件上环形缝隙大小的调节，进而改变空化的大小，结构简单且操作方便；
[0014] 2、本发明通过获取泡内粒子的分布可以有效的表现出空泡内部气体流动的细节， 较好的反映出空泡内部气体的流动规律。对研究空泡内部气体流动的规律具有重要意义。
[0015] 3、本发明的气路可以选择带有粒子或纯净的空气进入试验件2内部形成空泡，因 此便于试验人员对上述两种空气的流动规律情况进行对比研究。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0017] 图2为本实用新型的试验件与气路的连接结构示意图；
[0018] 图3为闭式循环水洞实验台的结构原理示意图。
[0019] 其中，1-导光臂、2-试验件、3-柱透镜、4-实验段、5-通气管I、6_二分阀门I、 7-阀门I、8_通气管II、9-粒子注入装置、10-阀门II、11-阀门III、12-二分阀门II、13-通 气管III、14-可调流量计、15-阀门IV、16-稳压罐、17-阀门V、18-通气管IV、19-通气管V、 20-通气管VI、21-激光发生器、22-高速摄像机、23-主机、24-显示器、25-压气机。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
[0021] 如附图1所示，本实用新型提供了一种空泡内气体流动规律试验装置，包括压气 机25、通气管、稳压罐16、可调流量计14、粒子注入装置9、阀门、试验件2、光源组件和图像 采集模块，如附图3所示，外围设备为闭式循环水洞实验台；
[0022] 其中，所述光源组件包括激光发生器21、导光臂1和柱透镜3 ;所述图像采集模块 包括商速摄像机22、王机23和显不器24 ;
[0023] 如附图2所示，所述试验件2由本体和头部两部分组成，本体为两端开放的圆形空 腔结构，内圆周面上加工有内螺纹段，一端的内孔从端面沿轴向扩有台阶孔；头部是由锥形 段和圆柱段组成的一体结构，圆柱段为空腔结构，其前端加工与本体内孔螺纹段配合的外 螺纹段，外螺纹段之外的外圆周面上加工与内腔相通的气孔；头部通过圆柱段的螺纹段与 本体的内孔配合，本体的空腔与头部圆柱段的内腔相通，头部圆柱段上的气孔与本体的台 阶孔相通，调节头部旋进本体的螺纹长度即调节本体端面与头部锥形段上相对端面之间的 距离，即试验件上环形缝隙的大小；
[0024] 其整体连接关系为：压气机25的出口通过通气管IV 18连接稳压罐16的入口，稳 压罐16出口通过通气管III13与二分阀门II 12相连，通气管III13上装有阀门IV 15与可调 流量计14,通气管III 13经二分阀门II 12将气体分为两路：一路气体由通气管II 8经阀门 II 10和阀门I 7后连接在二分阀门I 6的一个岔口上；另一路气体由通气管VI 20经阀门 III11后进入粒子注入装置9中，再由粒子注入装置9的出口经通气管V 19和阀门V 17与 二分阀门I 6的另一岔口连接；二分阀门I 6另一端与通气管I 5连接，通气管I 5与试验 件2本体上的内螺纹段螺纹连接；试验件2位于闭式循环水洞实验台的试验段4内；激光 发生器21连接导光臂1，导光臂1的前端设置柱透镜3,柱透镜3正对试验段4内的试验件 2,高速摄像机从垂直于柱透镜3照射方向正对试验段内的试验件2,高速摄像机22连接控 制其拍摄沮围和拍摄频率的王机23,王机23连接显不器24,显不器24显不拍摄后的图像。
[0025] 所述粒子采用液态石蜡；
[0026] 工作过程：首先启动闭式循环水洞实验台，使水洞实验段4水流速度达到7m/s，； 开动压气机25 -段时间使其形成连续的压缩空气并注入稳压罐16中，通过可调流量计14 调节合适的气体流量并同时打开所有通气管上的阀门，使带有粒子或纯净的空气通入试验 件2本体内的空腔，空气经头部的排气孔进入本体的台阶孔后沿头部与本体相对端面形成 的环形缝隙流出，水流在试验件2周围形成较为稳定的空泡；启动激光器21并调节柱透镜 3形成稳定的片光源对试验件2进行照射，激光发生器21产生的可调连续激光经导光臂1 到达水洞实验段4的上部，激光经过柱透镜3产生片光效果后透过实验段4上部的透明有 机玻璃板照射在实验段内固定的试验件2上，高速摄像机22拍摄实验图片，主机23对高速 摄像机22通过进行控制，可以调节拍摄范围、拍摄频率、曝光时间等拍摄参数，拍摄的照片 由显示器24进行显示。进而分析流场中空泡内部的粒子分布，得出泡内气体的运动规律。
[0027] 综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的 保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种空泡内气体流动规律试验装置，其特征在于，包括：压气机（25)、通气管、稳压 罐（16)、可调流量计（14)、粒子注入装置（9)、阀门、试验件（2)、光源组件和图像采集模块， 外围设备为闭式循环水洞实验台； 其中，所述光源组件包括激光发生器（21)、导光臂（1)和柱透镜（3);所述图像采集模 块包括高速摄像机（22)、主机（23)和显示器（24); 其整体连接关系为：压气机（25)的出口通过通气管IV (18)连接稳压罐（16)的入口， 稳压罐（16)出口通过通气管III (13)与二分阀门II (12)相连，通气管III (13)上装有阀门 IV (15)与可调流量计（14)，通气管III (13)经二分阀门II (12)将气体分为两路：一路气体 由通气管II (8)经阀门II (10)和阀门I (7)后连接在二分阀门I (6)的一个岔口上；另一 路气体由通气管VI (20)经阀门III (11)后进入粒子注入装置（9)中，再由粒子注入装置（9) 的出口经通气管V (19)和阀门V (17)与二分阀门I (6)的另一岔口连接；二分阀门I (6) 另一端与通气管I (5)连接，通气管I (5)与试验件（2)本体上的内螺纹段螺纹连接；试验 件（2)位于闭式循环水洞实验台的试验段（4)内；激光发生器（21)连接导光臂（1)，导光 臂（1)的前端设置柱透镜（3)，柱透镜（3)正对试验段（4)内的试验件（2)，高速摄像机从 垂直于柱透镜（3)照射方向正对试验段内的试验件（2)，高速摄像机（22)连接控制其拍摄 范围和拍摄频率的主机（23)，主机（23)连接显示器（24)。
2. 如权利要求1所述的空泡内气体流动规律试验装置，其特征在于，所述试验件（2)由 本体和头部两部分组成，本体为两端开放的圆形空腔结构，内圆周面上加工有内螺纹段，一 端的内孔从端面沿轴向扩有台阶孔；头部是由锥形段和圆柱段组成的一体结构，圆柱段为 空腔结构，其前端加工与本体内孔螺纹段配合的外螺纹段，外螺纹段之外的外圆周面上加 工与内腔相通的气孔；头部通过圆柱段的螺纹段与本体的内孔配合，本体的空腔与头部圆 柱段的内腔相通，头部圆柱段上的气孔与本体的台阶孔相通。
3. 如权利要求1或2所述的空泡内气体流动规律试验装置，其特征在于，所述粒子采用 液态石蜡。
【文档编号】G01M9/06GK203894026SQ201420238088
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】张敏弟, 黄旭, 段磊, 王国玉 申请人:北京理工大学