一种高分散水平喷头外流场水射流破碎行为可视化装置的制作方法

本发明涉及一种高分散水平喷头外流场水射流破碎行为可视化装置，适用于非对称水射流流场的多维高速摄影可视化拍摄，可以用于多种出口分散条件下的射流破碎行为研究。

背景技术：

随着农业的发展以及节水的需要，作为农业生产增产节水措施之一的喷灌技术正越来越受到人们的重视。喷头结构直接影响其水力性能进而影响喷灌效率，对喷头结构进行优化设计是改善喷灌效果的重点，同时，为了更好地发展喷灌技术，越来越多的研究人员对射流的外流场及其破碎运动行为进行了研究。

为提高喷头的喷灌效率使得射流的射程和分散水平都得到提高，许多喷头结构的优化方法被提出，中国专利第cn201710789233号公布了一种“一种生态环保工程用绿化喷灌装置”，该装置安装异形喷嘴改善了喷头的喷洒均匀性，通过安装在喷头转体上的进口压力调节组件调整喷头射程但是结构较为复杂，调压装置稳定性不能保证。高速摄影技术作为传统、高效的射流可视化研究手段，在对射流外流场的研究中起到了重要的作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高分散水平喷头外流场水射流破碎行为可视化装置，实现水射流外流场的多维高速摄影拍摄研究。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种高分散水平喷头外流场水射流破碎行为可视化装置，包括依次相连的水箱、管道和喷头，从所述喷头喷出的射流水柱的一侧放置光源，光源的后面放置黑色的幕布，幕布上固定有标定板和米尺，从所述喷头喷出的射流水柱的另外一侧放置一号高速相机，从所述喷头喷出的射流水柱的上方放置有二号高速相机，所述一号高速相机和所述二号高速相机通过同步器连接到电脑上。

上述方案中，所述一号高速相机和所述二号高速相机在同一平面上，并且所述一号高速相机和所述二号高速相机在水平面上成90°设置。

上述方案中，所述喷头通过螺纹连接喷嘴，在喷嘴出口平面上通过固定销固定射流分散片。

上述方案中，，所述射流分散片的空腔边界形状为正方形或三角形，空腔中心连接一个圆形圈。

上述方案中，所述管道上安装有阀门、水泵、电磁流量计和压力表。

上述方案中，所述光源与从所述喷头喷出的射流水柱之间放置宣纸。

本发明的有益效果：（1）本发明的便携组装式保持高扬程的射流分散装置结构简单，生产成本低，替换方便，当需要更换试验对象时更换射流分散片即可，简化试验操作，降低试验的人为误差。（2）射流分散片的正方形或三角形边界的棱角结构对射流表面的扰动剧烈，加大射流的破碎程度使得射流分散性能加强，同时，射流分散片空腔中心的圆圈结构保护射流势流核的完整性不遭到破坏，保持射流的射程。（3）本发明的多维高速摄影系统组成简单，操作方便，可以实现对水射流外流场同一时刻的多维拍摄，克服传统二维平面高速摄影捕捉射流细节不够丰富的缺点，为射流破碎机理的研究提供有力研究手段。

附图说明：

图1为本发明装置的布局示意图。

图2为图1中的喷嘴结构示意图。

图3为射流分散片正方形边界的棱角结构示意图。

图4为射流分散片三角形边界的棱角结构示意图。

图中，1.水箱2.阀门3.水泵4.电磁流量计5.管道6.压力表7.喷头7-1喷嘴7-2射流分散片7-3固定销8.二号高速相机9.一号高速相机10.光源11.宣纸12.米尺13标定板14.射流水柱15.黑色幕布16.电脑17.同步器。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的高分散水平喷头外流场水射流破碎行为可视化装置，主要包括便携组装式保持高扬程的射流分散装置和多维高速摄影系统，水箱1通过管道5连接喷头7，由水泵3提供输水动力，通过电磁流量计4和压力表6实时监测管路工况，通过阀门2调节系统的流量，喷头7通过螺纹连接喷嘴7-1，在喷嘴7-1出口平面上通过固定销7-3固定射流分散片7-2；从喷头7喷出的射流水柱14一侧放置光源10，光源10与射流水柱14之间放置宣纸11，光源10后面放置黑色幕布14，幕布14上放置标定用的标定板13和测量长度用的米尺12，射流水柱14另一侧放置一号高速相机9，二号高速相机8放置在射流水柱14上方，与一号高速相机9在水平面上成90°，以俯角拍摄射流水柱14上表面，两台相机通过同步器17连接到电脑16上，一号高速相机9的拍摄角度与地面平行，可以拍摄水柱的侧面波动，二号高速相机8以俯角拍摄水柱14上表面波动，两台相机的曝光时间和帧速设置完全一致，通过同步拍摄，实现了非圆柱水射流的外流场的可视化多维度观测，可以用于研究多种出口分散条件下的射流破碎行为。

如图2所示，喷头7出口通过螺纹连接喷嘴7-1，螺纹的连接方式可以实现方便地更换不同型号的喷嘴（例如锥角、出口当量直径不同），满足更多样的试验要求。喷嘴7-1出口平面上固定射流分散片7-2，安装时通过固定销7-3将射流分散片与喷嘴连接在一起，射流分散片的套筒与喷嘴内部贴合。如图3和图4所示，射流分散片的空腔边界形状为正方形（三角形），棱边对射流表面有较大的扰动，起到良好的射流分散效果，空腔中心连接一个圆形圈，保持了射流内部势流核的完整，使得射流的扬程较高。射流分散片的制作成本低，可以实现一个喷嘴配合多种型号的射流分散片，可以“一物多用”，适合在市场上广泛推广。

一种高分散水平喷头外流场水射流破碎行为可视化研究方法的具体过程为：试验场地按照图1布置，启动水泵3，水通过管道5运输至喷头7，经过喷嘴7.1和射流分散片7.2产生一束非对称的水柱14，通过调整开启阀门2的大小调整试验管路的工况，由压力表6和电磁流量计4实时监控。以标定板（12）为基准对拍摄镜头进行标定，确定实际长度与像素之间的换算比例关系。光源10经过宣纸11过滤掉强光线产生柔和而均匀的光线，经过水柱14被一号高速相机9接收，拍摄到清晰的射流表面波动和破碎的细节特征。二号高速相机8与一号高速相机9在水平面上成90°，通过同步器17连接，一号高速相机9以平行于地面的角度拍摄水柱14的侧表面，二号高速相机8以俯角30°拍摄水柱14的上表面，两台相机同时开启，曝光时间和帧速调整为完全相同，实现同步拍摄，并用电脑16控制拍摄图片的质量。拍摄结束后将两组图片存储在电脑（16）中，用后处理软件处理图片，得到全流场的射流流动破碎行为信息，尤其是非对称面的表面波动情况，以研究非对称喷嘴出口对射流破碎的影响，为进一步优化喷头结构提高喷头水力性能提供依据。