一种多相流近壁效应实时监测装置的制作方法

本实用新型涉及超精密抛光加工领域，更具体的说，尤其涉及一种多相流近壁效应实时监测装置。

背景技术：

在流体抛光领域，传统的液固，气液二相流虽然能对复杂曲面进行有效的抛光加工，但其抛光加工效率较低，对于实现大批量、大面积抛光加工难以形成有效的方法。在多相流研究过程中发现，磨粒流在某种外在激励的作用下，其内部会产生气泡(空化胞腔)，气泡亦会随着流体的运动而移动，当气泡接触到刚性物体，例如磨粒和工件壁面，由于其存在的稳定势场条件遭破坏，从而发生溃灭。气泡溃灭所产生的能量可以增加流场中磨粒的动能，从而增加磨粒对加工零件表面的抛光去除作用，提高流体抛光的效率。如何控制气泡在近壁区域的溃灭方式，形成近壁区域气泡溃灭原理及磨粒的运动规律，从而大大提高流体抛光的效率是气液固多相流研究的关键。目前，对于气液固多相磨粒流近壁区域运动特性的研究主要以仿真为主，缺乏直观性，真实性的一手数据资料。

如何进一步了解和探索气液固多相磨粒流近壁区域的运动规律是一大难点。

鉴于目前存在的一些问题，设计研发了一种多相流近壁效应实时监测装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够实时探究气液固多相磨粒流流场近壁区域气泡溃灭机理和磨粒流运动规律的多相流近壁效应实时监测装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种多相流近壁效应实时监测装置，包括图像粒子观测系统、管道、气泵、气嘴；以及沿管道依次分布的磨粒搅拌泵、球阀、流量表、压力表、观测流道装置和磨粒流储存槽；所述磨粒搅拌泵通过管道与所述球阀密封连接，通过调节所述球阀控制所述磨粒搅拌泵的出口流量；所述压力表和流量表与设置在所述磨粒搅拌泵和所述观测流道装置之间的管道密封连接，所述气嘴连接所述气泵的出口并通过气管 连接所述观测流道装置，所述磨粒流储存槽的出口与所述磨粒搅拌泵的入口密封连接，形成磨粒流内循环。

进一步的，所述观测流道装置包括透明玻璃板、接口管、微纳米气孔塞和气管连接件，所述透明玻璃板设有两片，两片透明玻璃板之间设有密封设置的槽型流道，接口管设有两个并作为所述槽型流道的出入口与所述透明玻璃板密封连接，其中一片透明玻璃板的槽型流道上开有七个通孔，每个通孔中均安装有微纳米气孔塞，气管连接件安装在所述微纳米气孔塞上，所述气管连接件连接所述气管的一端，气泵内的气体依次通过气嘴、气管、气管连接件和微纳米气孔塞后进入所述槽型流道内。

进一步的，所述图像粒子观测系统包括激光发射器、计算机、数据同步采集器和CCD高速相机，所述计算机连接所述数据同步采集器，所述数据同步采集器连接所述CCD高速相机和激光发射器并同步控制所述CCD高速相机和激光发射器的频率，所述激光发射器发出的高强度激光垂直照射到观测流道的近壁面，CCD高速相机的相机头正对所述观测流道装置的槽型流道，用于实时采集所述观测流道装置中激光照射面内磨粒流的近壁效应，采集的图像经过所述数据同步采集器整合后发送到计算机中处理，形成一个循环的多相磨粒流近壁特性观测系统。

进一步的，所述微纳米气孔塞内设置有呈环形排布的微米级通孔，微米级通孔将通入槽型流道内的气体分化成微米级空化气泡。

进一步的，所述槽型流道呈倒反Z型，用于观测多相磨粒流在直流到与流道折弯处的近壁特性。

本实用新型的技术构思为：多相流近壁效应实时监测装置由磨粒流储存槽、图像粒子观测系统、观测流道装置、压力表、流量表、球阀、磨粒搅拌泵、气泵、气嘴、管道组成，通过磨粒搅拌泵与磨粒流储存槽形成磨粒流内循环，有利于实现对多相流近壁特性的长期实时观测。通过球阀控制流场中的多相流流速，通过压力表和流量表实时测量出流场压力和流速 等边界条件，通过管道将磨粒流注入观测流道中，气泵中的气体经过微纳米气孔塞分化成微米级空化气泡，在倒反Z型的槽型流道的近壁区域形成气液固多相磨粒流；激光发射器发出的高强度激光照射这一区域，数据同步采集器控制CCD高速相机拍摄该近壁区域气液固多相磨粒流的形成机理与运动规律等近壁特性，数据经计算机高速处理，得出气液固多相流近壁区域磨粒切削机理的真实数据，成为多相流气泡溃灭理论，优化多相流抛光加工工艺参数的重要实验数据。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型结构简单紧凑，实验操作简单，适用于大多数流体抛光近壁特征的研究；能够直观方便的通过实验手段观测气液固多相磨粒流近壁区域的流场特性，得到不同边界条件下，最真实的多项流场的运动特性；并为气液固多相磨粒流在超精密抛光加工领域的推广和实现奠定了重要基础。

附图说明

图1是本实用新型所述一种多相流近壁效应实时监测装置的结构示意图。

图2是本实用新型图像粒子观测系统的结构示意图。

图3是本实用新型观测流道装置的剖面示意图。

图4是本实用新型观测流道装置的后视图。

图中，1--磨粒流储存槽、2-图像粒子观测系统、3-观测流道装置、4-压力表、5-流量表、6-球阀、7-磨粒搅拌泵、8-气泵、9-气嘴、10-管道、21-激光发射器、22-计算机、23-数据同步采集器、24-CCD高速相机、31-透明玻璃板、32-接口管、33-微纳米气孔塞、34-气管连接件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1～4所示，一种多相流近壁效应实时监测装置，包括图像粒子观测系统2、管道10、气泵8、气嘴9；以及沿管道10依次分布的磨粒搅拌泵7、球阀6、流量表5、压力表4、观测流道装置3和磨粒流储存槽1。

磨粒搅拌泵7通过管道10与所述球阀6密封连接，通过调节所述球阀6控制所述磨粒搅拌泵7的出口流量；所述压力表4和流量表5与设置在所述磨粒搅拌泵7和所述观测流道装置3之间的管道10密封连接，所述气嘴9连接所述气泵8的出口并通过气管连接所述观测流道装置，所述磨粒流储存槽1的出口与所述磨粒搅拌泵7的入口密封连接，形成磨粒流内循环。

观测流道装置3包括透明玻璃板31、接口管32、微纳米气孔塞33和气管连接件34，所述透明玻璃板31设有两片，两片透明玻璃板31之间设有密封设置的槽型流道，接口管32设有两个并作为所述槽型流道的出入口与所述透明玻璃板31密封连接，其中一片透明玻璃板31的槽型流道上开有七个通孔，每个通孔中均安装有微纳米气孔塞33，气管连接件34安装在所述微纳米气孔塞33上，所述气管连接件34连接所述气管的一端，气泵8内的气体依次通过气嘴9、气管、气管连接件34和微纳米气孔塞33后进入所述槽型流道内。

所述微纳米气孔塞33内设置有呈环形排布的微米级通孔，微米级通孔将通入槽型流道内的气体分化成微米级空化气泡。

所述槽型流道呈倒反Z型，用于观测多相磨粒流在直流到与流道折弯处的近壁特性。七个通孔中其中有两个设置在倒反Z型槽型流道的流道折弯处。

图像粒子观测系统2包括激光发射器21、计算机22、数据同步采集器23和CCD高速相机24，所述计算机22连接所述数据同步采集器23，所述数据同步采集器23连接所述CCD高速相机24和激光发射器21并同步控制所述CCD高速相机24和激光发射器21的频率，所述激光发射器21发出的高强度激光垂直照射到观测流道的近壁面，CCD高速相机24的相机头正对所述观测流道装置3的槽型流道，用于实时采集所述观测流道装置3中激光照射面内磨粒流的近壁效应，采集的图像经过所述数据同步采集器23整合后发送到计算机22中处理，形成一个循环的多相磨粒流近壁特性观测系统。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要 是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。