一种用于观测空泡成长的实验装置的制作方法

本发明涉及一种用于观测空泡成长的实验装置，属于流体力学技术领域。

背景技术：

所谓空化，是指液体内局部压力降低时，液体内部或液固交界面上蒸气或气体的空穴(空泡)的形成、发展和溃灭的现象。现代工程技术中空化流动经常发生在高精尖设备的微细流道中，因为空化现象的产生，原先纯液体润滑设备工作的稳定性和可靠性都会发生变化。尤其在旋转机械中，滑动轴承的承载能力与润滑油的特性息息相关。对为了深入研究空化的机理和过程，除了理论分析，还需要通过可视化手段，观测到空化的成长过程，以便对理论研究进行修正和指导。目前空泡的可视化主要是针对空管内液体水的流动进行，由于水的粘度低且空泡形成速度快，观测误差较大。在传统的观测过程中，要想得到空泡需要进行减压、加热或者布置流道，同时为了观测到较为准确的现象，对高速摄影机的性能有较高要求，实验装置复杂、成本较高。本发明基于这样的事实，得到一种可用于观测空泡成长过程的实验装置。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种可用于观测空泡成长过程的实验装置，该装置利用超声空化原理以及摄像采集对润滑油中空泡成长过程进行可视化研究。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种用于观测空泡成长的实验装置，包括试验平台，所述试验平台上设有超声波发射器，所述超声波发射器的上方放置有透明容器，所述透明容器位于超声波发射器发射口的正上方，透明容器内含有一定体积的润滑油；还包括焦距对准在透明容器上的摄像机；其中，所述超声波发射器的发射功率为30w，发射时间为2～8min；润滑油对应动力粘度为10cp～60cp，在这样的粘度范围内能够观测更为细致。

其中，润滑油为32号汽轮机油。

其中，所述透明容器呈上下两端开口的长方体。

其中，所述透明容器为有机玻璃透明容器。

其中，所述透明容器内润滑油的体积为透明容器体积的1/5～1/3。

其中，所述超声波发射器的发射功率为100w，发射时间为2～8min。

其中，所述超声波发射器的发射功率为300w，发射时间为2～8min。

与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果为：

本发明实验装置结构简单，利用润滑油粘度大，空泡成长和上升慢的特点，能够更为准确的拍摄到空泡成长的过程，同时通过调节超声波发射器的频率，对容器中空泡的数量进行主动控制，从而进一步提高了观测准确度，降低观测成本，进而能够更好的研究气泡成长规律，完善空泡动力学理论。

附图说明

图1为本发明用于观测空泡成长实验装置的系统原理图；

图2为本发明用于观测空泡成长实验装置的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。

如图1～2所示，本发明用于观测空泡成长的实验装置，包括试验平台1，试验平台1上设有超声波发射器2，超声波发射器2的上方放置有透明容器3，透明容器3为有机玻璃透明容器，透明容器3呈上下两端开口的长方体，透明容器3位于超声波发射器2发射口的正上方；透明容器3内含有一定体积的润滑油4，透明容器3内润滑油4的体积为透明容器3体积的1/5～1/3；本发明用于观测空泡成长的实验装置还包括焦距对准在透明容器3上的摄像机5，摄像机5放置在试验平台1旁边的三脚架6上。

打开超声波发射器2，将其功率调整为30w，此时超声波发生器2打开即可看到气泡产生，先将发射时间设定为2min，通过肉眼可以看到气泡的生长和聚合过程，气泡在成长和上升过程中，存在多个小气泡聚合为一个大气泡过程，且当气泡到达透明容器3壁面和润滑油4液面时，不会立即破裂，而是先附着和游离，随后破裂，整个过程肉眼清晰可见；超声波发射器2继续发射气泡，打开聚焦在透明容器3上的摄影机5进行拍摄，将超声波发射器2的发射工作时间设定为8min，记录此过程中透明容器3中气泡的变化；将摄像机6拍摄到的气泡图形用图形分析软件进行分析。

将超声波发射器2的发射功率调整为100w，先将发射时间设定为2min，通过肉眼观察气泡的生长和聚合过程，然后再打开聚焦在透明容器3上的摄影机6进行拍摄，此时将超声波发射器2的发射工作时间设定为8min，记录此过程中透明容器3中气泡的变化；将摄像机6拍摄到的气泡图形用图形分析软件进行分析。

将超声波发射器2的发射功率调整为300w，先将发射时间设定为2min，通过肉眼观察气泡的生长和聚合过程，然后再打开聚焦在透明容器3上的摄影机6进行拍摄，此时将超声波发射器2的发射工作时间设定为8min，记录此过程中透明容器3中气泡的变化；将摄像机6拍摄到的气泡图形用图形分析软件进行分析。

当超声波发射器2的发射功率为100w和300w时，可以看到，发射功率越大，产生同一数量级的气泡所需时间越短。

本发明实验装置利用润滑油4粘度比水大得多，其空泡的形成速度慢，因此在可视化过程中，可以较好的观测到气泡的成长过程；通过调节超声波发射器2可的发射频率和发射工作时间，可以改变空泡产生的速率和数量，改变空泡产生的速率和数量一来可以根据不同摄像机选用最佳的空泡产生速率，空泡产生过快不利于记录，空泡产生过慢，同样时间内记录的数据较少不利于分析；二来可以探究超声波对润滑油空化效应的定量影响；还可以通过不同的空泡产生率，对比分析不同空泡数量下的空泡行为。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于观测空泡成长的实验装置，包括试验平台，所述试验平台上设有超声波发射器，所述超声波发射器的上方放置有透明容器，所述透明容器位于超声波发射器发射口的正上方，透明容器内含有一定体积的润滑油；还包括焦距对准在透明容器上的摄像机；其中，所述超声波发射器的发射功率为30W，发射时间为2～8min。本发明实验装置结构简单，利用润滑油粘度大，空泡成长和上升慢的特点，能够更为准确的拍摄到空泡成长的过程，同时通过调节超声波发射器的频率，对容器中空泡的数量进行主动控制，从而进一步提高了观测准确度。

技术研发人员：邢海波;郭瑞;傅行军
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2017.04.20
技术公布日：2017.08.18