一种综合式气液两相流测试实验装置的制作方法

本发明涉及的是一种风洞和水洞实验装置，具体来说是一种可以应用piv测试技术来获取流场信息的综合式气液两相流测试实验装置。

背景技术：

气液两相流是水利、能源、化工、环境中常遇到的一个问题,在一些工程应用的效果如何,很大程度上取决于气泡运动形态及分布。气液两相的流动结构是多样的,而且带有随机性。因而,要既全面又准确地描述气液两相流体的流动状况是相当困难的。在过去试验研究中,通常采用热线热膜风速仪(hwfa)和激光多普勒测速仪(ldv)等方法,但这些方法的缺点是只能获得空间单点的信息,2000年,grunefeld和finke等人结合piv和激光诱导荧屏测试技术,探索了同时测量薄片装置内紊态的气液两相流各分散相的速度场。结果表明:piv技术能够用来测量气液相速度场,精度很高,误差小于2％,低于标准的6％～7％。而piv则能获得瞬态的全流场流动状况。因此采用piv测试技术研究气液两相流动特性不但具有一定的学术价值,而且具有实际工程意义。

风洞试验可以应用于飞行器的研制及飞行器和舰船舰面空气流场的耦合研究中。由于舰面突起建筑的诱导作用，舰面流场十分复杂。所以对于舰船舰面空气流场的试验研究至关重要。循环水槽是一种将待测物体固定，利用循环水流的相对流动来测定物体水动力学性能的实验装置。在循环水槽中，待测物体被固定于计测部，水流通过水泵推动在循环水槽中循环流动，调节水泵转速能够改变水流速度，以此来形成物体与水流之间的相对运动，从而测定其水动力性能。

但是目前现有的风洞及循环水槽实验装置都只是单一测量一种介质下的空气流场。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在不扰乱流场的情况下可以有效捕捉空气流场、水流场及气液两相流交界面的流动特性的综合式气液两相流测试实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括风洞和循环水槽，所述风洞布置在所述循环水槽的上方，所述风洞中依次布置piv示踪粒子布撒装置、风机、风洞蜂窝器和阻尼网，在piv示踪粒子布撒装置前设置粒子发生器及控制器，所述循环水槽中布设水槽蜂窝器和桨叶，桨叶连接电动机，在风洞和循环水槽的侧面设置激光器和摄像机。

本发明还可以包括：

1.在风洞和循环水槽的试验段设置模型支架。

2.所述piv示踪粒子布撒装置由若干树脂细管构成。

3.风机出口设置防分离网。

为了将风洞试验和循环水槽实验相结合，并应用piv测试技术对水流场及空气流场进行测量。本发明提供了一种可应用piv测试技术的综合式气液两相流测试实验装置，通过均匀布撒示踪粒子，灵活改变待测截面，可以捕捉同一工况下的空气流场和水流场的流动特性，经过piv图像后处理可得到较为理想的流场矢量分布图，从而获得完整的待测流场信息。

循环水槽与回流式风洞的组合也是将piv测试技术与循环水槽、风洞试验相结合可以更好地捕捉精细流场的流动特性，对飞行器的研制、螺旋桨的性能研究、水下航行器的水动力性能研究及舰船舰面空气流场特性研究等有重大意义。

本发明的可应用piv测试技术的综合式气液两相流测试实验装置包括控制器、电动机、烟雾发生器、piv示踪粒子布撒装置、风机、防分离网、蜂窝器、阻尼网、模型支架、激光器、高速摄像机等主要部件。在循环水槽中直接布撒示踪粒子之后，通过控制器使烟雾发生器、循环水槽及风洞开始工作，风洞中的示踪粒子通过布撒装置进入风洞，使用防分离网、蜂窝器及阻尼网将气流进行整流、导直及稳流，在风洞和循环水槽的试验段设置了模型支架可供固定模型和调整模型角度来进行试验，同时在试验段设置了可拆卸的高速摄像机供piv测试使用。激光器在实验装置外部提供片光源，以照亮示踪粒子进行试验。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的平面结构示意图。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述。

结合图1和图2，本发明的综合式气液两相流测试实验装置包括风洞和循环水槽，风洞布置在所述循环水槽的上方，风洞中依次布置piv示踪粒子布撒装置3、风机4、防分离网、风洞蜂窝器5和阻尼网6，在piv示踪粒子布撒装置前设置粒子发生器2及控制器1，循环水槽中布设水槽蜂窝器10和桨叶8，桨叶连接电动机9，在风洞和循环水槽的侧面设置激光器12和摄像机11。在风洞和循环水槽的试验段设置模型支架7。piv示踪粒子布撒装置由若干树脂细管构成。

在上层风洞中控制器1控制烟雾粒子发生器2和风机4，示踪粒子通过密闭管路导入示踪粒子布撒装置3，示踪粒子经过蜂窝器5和阻尼网6进入试验段进行piv测量试验，可通过模型支架7固定模型。在循环水槽中通过电动机9使桨叶8转动，从而使循环水槽工作，通过蜂窝器12进行整流。试验过程中通过高速摄像机11采集图像及应用激光器10提供片光源。

通过调节烟雾发生器注入气流流量计流量值得到不同气流流量下适合piv图像处理的示踪粒子布撒浓度及流量。

piv示踪粒子的布撒装置由若干树脂细管构成，在不扰乱流场的情况下，布撒装置能够尽可能地使示踪粒子布撒均匀。

使用防分离网、蜂窝器及阻尼网可将气流尽可能地进行整流、导直及稳流。

在试验段装置模型支架可测量待测模型不同截面的空气流场，使试验更加灵活、完整。

通过在试验段装置可调节的高速摄像机及改变激光器的位置可捕捉空气流场、水流场、气液交界面的流场信息，使试验获得的数据更加完整。

整个实验装置也可应用于常规风洞试验和水洞实验。

本发明加工制作工艺简单，操作简便。将piv测试技术与循环水槽试验、风洞试验相结合，解决了piv示踪粒子在风洞中的布撒问题，在不扰乱流场的情况下可以有效捕捉空气流场、水流场、及气液两相流交界面的流动特性。本发明可通过调整高速摄像机及激光器来捕捉水流场、空气流场、气液交界面的流场信息，也可应用于普通的风洞、循环水槽试验。

技术特征：

1.一种综合式气液两相流测试实验装置，其特征是：包括风洞和循环水槽，所述风洞布置在所述循环水槽的上方，所述风洞中依次布置piv示踪粒子布撒装置、风机、风洞蜂窝器和阻尼网，在piv示踪粒子布撒装置前设置粒子发生器及控制器，所述循环水槽中布设水槽蜂窝器和桨叶，桨叶连接电动机，在风洞和循环水槽的侧面设置激光器和摄像机。

2.根据权利要求1所述的综合式气液两相流测试实验装置，其特征是：在风洞和循环水槽的试验段设置模型支架。

3.根据权利要求1或2所述的综合式气液两相流测试实验装置，其特征是：所述piv示踪粒子布撒装置由若干树脂细管构成。

4.根据权利要求1或2所述的综合式气液两相流测试实验装置，其特征是：风机出口设置防分离网。

5.根据权利要求3所述的综合式气液两相流测试实验装置，其特征是：风机出口设置防分离网。

技术总结
本发明提供的是一种综合式气液两相流测试实验装置。包括风洞和循环水槽，所述风洞布置在所述循环水槽的上方，所述风洞中依次布置PIV示踪粒子布撒装置、风机、风洞蜂窝器和阻尼网，在PIV示踪粒子布撒装置前设置粒子发生器及控制器，所述循环水槽中布设水槽蜂窝器和桨叶，桨叶连接电动机，在风洞和循环水槽的侧面设置激光器和摄像机。本发明将PIV测试技术与循环水槽试验、风洞试验相结合，解决了PIV示踪粒子在风洞中的布撒问题，在不扰乱流场的情况下可以有效捕捉空气流场、水流场、及气液两相流交界面的流动特性。本发明可通过调整摄像机及激光器来捕捉水流场、空气流场、气液交界面的流场信息，也可应用于普通的风洞、循环水槽试验。

技术研发人员：郭春雨;徐菁菁;韩阳;王超;赵大刚;王于;郐云飞
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2020.01.09
技术公布日：2020.05.22