一种用于压力脉动测量的脉冲式淹没冲击射流实验装置的制作方法

本实用新型涉及到一种用于压力脉动测量的脉冲式淹没冲击射流实验装置，主要用于脉冲式淹没冲击射流冲击壁面的压力脉动测量。

背景技术：

压力脉动是指压力作用于被作用对象上并不均匀，在某个部位有较集中或者较大的压力，且这种压力单次持续的时间不长，有可能呈现一定的周期性。由于现实中的流体基本都是非定常的，因此流体中的压力基本上都是脉动压力。

冲击射流是指自由射流对固体壁面或者液体壁面的冲击流动，在众多工程技术领域亦得到广泛的应用。在水利水电泄水工程中，高水头拱坝的孔口水流跌入水垫塘、泄洪洞或溢洪道等泄水建筑物的出口挑出的空中水舌冲击下游河道就是典型的冲击射流现象。冲击射流的动水冲击压力问题不仅是关系到航道疏浚工程中的排泥冲沙效率的核心问题，亦是历来高坝大流量泄洪消能研究的重点问题，国内外学者对连续射流的冲击压力问题进行了大量研究。然而，传统的冲击射流压力测量实验台具有以下特点：按照冲击角度（射流轴线与冲击壁面的夹角）的不同，冲击射流可以分为竖直冲击射流与斜向冲击射流，由于竖直冲击射流的实验装置及流动相对简单，大部分冲击射流压力测量实验台针对于竖直冲击射流；少部分斜向冲击射流PIV实验台，其冲击角度固定不变，无法进行不同冲击角度的冲击射流压力测量实验；由于测量压力脉动的传感器更为灵敏贵重，用于冲击射流的压力测量实验大部分局限于平均压力测量，少部分用于测量脉动压力的试验台只针对单个测点；过去冲击射流测量实验仅针对连续冲击射流，没有考虑到脉冲冲击射流的因素。董志勇的著作“冲击射流”（1997）、叶建友等人的论文“水射流冲击压力最佳喷距数值仿真及试验研究”（2014）所进行的淹没式冲击射流的压力测量实验具备上述3，4特点。

经检索，目前还没有关于脉冲式淹没冲击射流压力脉动测量实验的专利。

技术实现要素：

为了研究脉冲式淹没冲击射流冲击壁面的动态压力分布，本实用新型提供了一种用于压力脉动测量的脉冲式淹没冲击射流实验装置，该实用新型可以全面地研究雷诺数、冲击角度、冲击距离及脉冲周期对冲击区壁面动态压力的影响规律。

本实用新型的目的是这样实现的，一种用于压力脉动测量的脉冲式淹没冲击射流实验装置, 其特征是：包括角度盘、圆形铜管、壁面、蓄水池、磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、水槽、联接软管、计算机、数据采集系统及压力脉动传感器；

所述角度盘固定于支撑架上；所述圆形铜管与角度盘可拆卸式固定，且圆形铜管在角度盘上角度可调节；

所述壁面设置于水槽内，蓄水池依次经磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管与圆形铜管贯通连接，圆形铜管一端与联接软管贯通，另一端置于水槽内的壁面上方；

所述压力脉动传感器镶在壁面下侧，压力脉动传感器的探头与壁面基本重合；压力脉动传感器经数据采集系统与计算机连接。

所述壁面为有机玻璃壁面。

所述水槽为钢化玻璃水槽，水槽为方形。

所述水槽设置于蓄水池的上方，水槽的侧壁上部设有溢水口，溢水口上设有下闸门，溢水口位于蓄水池的上方。

所述角度盘的形状为1/4圆形，所述角度盘上设有中心孔、7个边孔，中心孔设置于角度盘的直角处，7个边孔设置于角度盘的弧形边处，中心孔与7个边孔的连线形成7条相互之间间隔15度的线段；

所述中心孔以及每个边孔两侧均添加2个小孔，中心孔两侧的2个小孔以及边孔两侧的2个小孔可安装固定件，圆形铜管通过固定件紧贴着固定在角度盘上，通过圆形铜管固定于不同的边孔上，实现调整圆形铜管的角度，从而调整冲击射流的冲击角度。

所述圆形铜管为可拉伸式圆形铜管。

所述角度盘在支撑架上可上下移动。

所述脉冲发生器用于形成不同频率的脉冲射流。

设定圆形铜管的内径为D，圆形铜管的中轴线与有壁面的交点设为测点P1，以测点P1为圆心，依次画出半径分为为0.5D、1D及2D的同心圆，同心圆与顺流、逆流及单边侧流方向的轴线交点依次作为测点P1、P2、P3、P4、P7、P8、P9、P10、P11、P12，并在顺流方向与P4点距离为2D与4D的位置处额外添加测点P5、P6，共计12个测点，每一个测点对应一个压力脉动传感器，这12个压力脉动传感器组成一个脉动压力测量阵列，从而可以得到整个冲击区域的壁面压力脉动分布规律。

一种用于压力脉动测量的脉冲式淹没冲击射流实验装置进行测量方法，其特征是：圆形铜管在角度盘上调节好角度并固定于角度盘上，圆形铜管的出水口置于壁面上方；蓄水池内的水依次穿过磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管、圆形铜管，并从圆形铜管射出，射流从圆形铜管中射出，冲击到壁面上的压力脉动传感器，压力脉动传感器将射流冲击的动态压力通过数据采集系统最后保存到计算机中，完成整个冲击射流冲击壁面的压力脉动测量。

本实用新型结构合理、生产制造容易、使用方便，通过本实用新型，该实验装置是由角度盘、圆形铜管、方形水槽、壁面、蓄水池、磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管、计算机、数据采集系统及压力脉动传感器等部件组成，射流从圆形铜管射出，冲击在壁面上，形成整个冲击射流的流场。本实用新型重要内容之一，角度盘为一个1/4圆形有机玻璃板上凿出1个中心孔及7个边孔，中心孔与边孔的连线形成7条相隔15度的线段，每个中心孔及边孔两侧各添加2个小孔，以便在中心孔及边孔边位置处加上固定件，迫使铜管紧贴着玻璃板并通过任意线段，从而调整冲击射流的冲击角度；此外，可以通过拉伸铜管或者上下调整角度盘的高度来调整铜管出口与壁面的冲击距离。本实用新型重要内容之二，本实验采用一个脉冲发生器，控制开启时间及关闭时间，从而形成不同频率的脉冲射流，为了消除泵自身压力脉动带来的脉冲干扰，本实验采用基本不会产生压力脉动的磁力泵作为动力源。本实用新型重要内容之三，本实验用于测量冲击壁面压力脉动的传感器全部位于壁面下侧，传感器探头与壁面基本重合，且射流铜管的中轴线与有机玻璃壁面的交点设为测点P1，圆形铜管的内径为D，以参考点为圆心，依次画出半径分为为0.5D、1D及2D的同心圆，同心圆与顺流、逆流及单边侧流方向的轴线交点依次作为测点P1、P2、P3、P4、P7、P8、P9、P10、P11、P12，并在顺流方向与P4点距离为2D与4D的位置处额外添加测点P5与P6，共计12个测点，每一个测点对应一个压力脉动传感器，这12个压力脉动传感器组成一个脉动压力测量阵列，从而可以得到整个冲击区域的壁面压力脉动分布规律。

本实用新型的有益结果是：可以通过压力脉动实验全面地研究雷诺数、冲击角度、冲击距离及脉冲周期对脉冲式淹没冲击射流冲击壁面的动态压力影响规律。

附图说明

图1是本实用新型的主视方向结构示意图。

图2是本实用新型的俯视方向结构示意图。

图中：1.角度盘、2圆形铜管、3壁面、4下闸门、5蓄水池、6磁力泵、7流量计、8闸阀、9脉冲发生器、10水槽、11联接软管、12计算机、13数据采集系统、14压力脉动传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实例中的技术方案进行详细描述。

一种用于压力脉动测量的脉冲式淹没冲击射流实验装置,包括角度盘1、圆形铜管2、壁面3、蓄水池5、磁力泵6、流量计7、闸阀8、脉冲发生器9、水槽10、联接软管11、计算机12、数据采集系统13及压力脉动传感器14。角度盘1固定于支撑架上；圆形铜管2与角度盘1可拆卸式固定，且圆形铜管2在角度盘1上角度可调节。

壁面3设置于水槽10内，蓄水池5依次经磁力泵6、流量计7、闸阀8、脉冲发生器9、联接软管11与圆形铜管2贯通连接，圆形铜管2一端与联接软管11贯通，另一端置于水槽10内的壁面3上方。

压力脉动传感器14镶在壁面3下侧，压力脉动传感器14的探头与壁面3基本重合；压力脉动传感器14经数据采集系统13与计算机12连接。

进一步的，壁面3为有机玻璃壁面。水槽10为钢化玻璃水槽，水槽10的形状为方形。水槽10设置于蓄水池5的上方，在水槽10的侧壁上部设置溢水口，溢水口上设置下闸门4，溢水口位于蓄水池5的上方。

角度盘1的形状为1/4圆形，在角度盘1上设置中心孔、7个边孔，中心孔设置于角度盘1的直角处，7个边孔设置于角度盘1的弧形边处，中心孔与7个边孔的连线形成7条相互之间间隔15度的线段；在中心孔以及每个边孔两侧均添加2个小孔，中心孔两侧的2个小孔以及边孔两侧的2个小孔可安装固定件，圆形铜管2通过固定件紧贴着固定在角度盘1上，通过圆形铜管2固定于不同的边孔上，实现调整圆形铜管2的角度，从而调整冲击射流的冲击角度。圆形铜管2为可拉伸式圆形铜管。角度盘1在支撑架上可上下移动。

脉冲发生器9，通过控制开启时间及关闭时间，用于形成不同频率的脉冲射流。

设定圆形铜管2的内径为D，圆形铜管2的中轴线与有壁面3的交点设为测点P1，以测点P1为圆心，依次画出半径分为为0.5D、1D及2D的同心圆，同心圆与顺流、逆流及单边侧流方向的轴线交点依次作为测点P1、P2、P3、P4、P7、P8、P9、P10、P11、P12，并在顺流方向与P4点距离为2D与4D的位置处额外添加测点P5、P6，共计12个测点，每一个测点对应一个压力脉动传感器14，这12个压力脉动传感器14组成一个脉动压力测量阵列，从而可以得到整个冲击区域的壁面3压力脉动分布规律。

一种用于压力脉动测量的脉冲式淹没冲击射流实验装置进行测量方法时，首先将圆形铜管2在角度盘1上调节好角度并固定于角度盘1上，圆形铜管2的出水口置于壁面3上方；蓄水池5内的水依次穿过磁力泵6、流量计7、闸阀8、脉冲发生器9、联接软管11、圆形铜管2，并从圆形铜管2射出，射流从圆形铜管2中射出，冲击到壁面3上的压力脉动传感器14，压力脉动传感器14将射流冲击的动态压力通过数据采集系统13最后保存到计算机12中，完成整个冲击射流冲击壁面3的压力脉动测量。

在图1中，圆形铜管2固定在角度盘1上，壁面3放置在水槽10中，水槽10中的水通过下闸阀4流到蓄水池5里（打开下闸门4，水槽10中的水通过溢水口流到蓄水池5里），蓄水池5中的水经过磁力泵6、流量计7、闸阀8、时间继电器9、联接软管11流到圆形铜管2中，射流从圆形铜管2中射出，冲击到壁面3上，形成整个冲击射流的流场。闸阀8调整冲击射流的雷诺数Re，角度盘1与铜管2调整冲击射流的冲击角度θ与冲击高度H，脉冲发生器9调整冲击射流的脉冲周期T。计算机12、数据采集系统13与压力脉动传感器14组成整个压力脉动测量系统，12个压力脉动传感器14把整个冲击区域的壁面动态压力传输到数据采集系统13，并最终保存在计算机12中。