基于piv通氣空穴內(nèi)部流場測量的粒子播撒裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于PIV通氣空穴內(nèi)部流場測量的粒子播撒裝置，屬于PIV測量裝置技術(shù)領(lǐng)域。該播撒裝置中的空化器為封閉的殼體，其側(cè)面加工有通氣孔，空化器上連接有進(jìn)氣管與內(nèi)部的空腔相通；空化器內(nèi)部是粒子緩存管，其側(cè)面上也加工有通氣孔，粒子緩存管上連接有進(jìn)氣連接管與空腔相通，粒子緩存管的外表面與空化器的內(nèi)表面之間形成一個空腔；同時在外部的管路上接有粒子儲存管，通過兩個控制閥以及氣源對粒子進(jìn)行及時補(bǔ)充，使粒子能夠連續(xù)均勻的播撒。本發(fā)明能夠用于多種外形的通氣空化研究，便于PIV系統(tǒng)的測量和應(yīng)用。
【專利說明】
基于Piv通氣空穴內(nèi)部流場測量的粒子播撒裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種Piv測量裝置，具體涉及一種通氣空泡內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)測量的可拆卸粒子播撒裝置，屬于Pi V測量裝置技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]通氣空化作為一種有效的減阻途徑，是目前水中兵器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，研究通氣空化內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。但由于空泡流場結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多相性使全面深入實(shí)驗(yàn)研究十分困難，目前針對通氣空化流場的Piv測量，僅可獲取繞通氣空穴外流場的流動細(xì)節(jié)，對其內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)的細(xì)致測量缺乏有效的手段和方法。這是由PIV的工作原理引起的，因此，為了深入分析通氣空泡內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)，合適的示蹤粒子選取以及其通入空泡內(nèi)部的方法是解決問題的關(guān)鍵。在空氣流場中PIV測試常用的示蹤粒子主要有二氧化鈦或鎂顆粒煙霧和橄欖油或石蠟油滴等，但對于超空泡流場測試由于待測流場和通氣系統(tǒng)中具有較大的濕度和壓差，小顆粒煙霧或油霧相互凝聚，造成空泡中粒子濃度不足甚至無法進(jìn)入空泡內(nèi)部流場，且其可見性較差，無法準(zhǔn)確捕捉超空泡內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)。WosnikM，et al.Experimental study of a ventilated supercavitating vehicle[C]//FifthInternat1nal Symposium on Cavitat1n(CAV2003).0saka, Japan,2003，該文獻(xiàn)中記載了以水中空化形成的微小氣泡為示蹤粒子，采用DPIV(Digital Particle ImageVelocimetry)數(shù)字粒子成像測速技術(shù)進(jìn)行了對通氣超空泡尾部水流場的測試，成功獲得了空化條件下通氣超空泡尾部的水流場速度分布，但氣泡粒子只能用于水流場，無法用于氣體的流場，無法獲得空泡內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)。《船舶力學(xué)》2013年第17期中，通氣超空泡內(nèi)部流場PIV測試方法(作者:仲霄，王樹山，馬峰，張敏弟)一文中應(yīng)用流化床，將固態(tài)粒子與氣體充分混合后，通過通氣管路輸運(yùn)粒子，但是應(yīng)用流化床撒播固體粒子，對通氣管路的設(shè)計(jì)要求很高，且在輸送過程中通氣壓強(qiáng)與流速的劇烈變化，易使粒子在低流速區(qū)域發(fā)生堆積，從而堵塞通氣管路。中國專利申請:《一種空化器內(nèi)部粒子撒布裝置》申請?zhí)?201510116756.7 )，該申請中的粒子撒布裝置在實(shí)驗(yàn)過程中，儲存的粒子量有限，無法及時補(bǔ)充，且一旦發(fā)生倒灌，實(shí)驗(yàn)就無法繼續(xù)?；谏鲜鲈趹?yīng)用PIV測量通氣空泡內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)時存在的弊端，為了防止通氣管路堵塞與粒子供應(yīng)不足，且又能保證粒子與空氣充分混合，且能隨時拆卸補(bǔ)充粒子，保證實(shí)驗(yàn)的可靠性和簡便性，需要設(shè)計(jì)一種在工件附近的外部可拆卸的粒子儲存管和工件內(nèi)部的粒子混合管相結(jié)合的粒子撒播裝置，這樣不僅能夠減小沿程損失，防止通氣管道的堵塞，又能保證粒子的供應(yīng)，同時能夠保證粒子充分混合均勻，提高實(shí)驗(yàn)的可靠性和準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于PIV通氣空穴內(nèi)部流場測量的粒子播撒裝置，能夠可靠的在通氣空穴內(nèi)部撒布均勻的粒子的同時即時補(bǔ)充粒子，并對粒子進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，同時該裝置可拆卸，能夠用于多種外形的通氣空化研究(比如鈍體，方腔等)，便于PIV系統(tǒng)的測量和應(yīng)用。
[0004]—種基于PIV通氣空穴內(nèi)部流場測量的粒子播撒裝置，該播撒裝置包括空化器、粒子儲存管、粒子緩存管、連接管、三通閥、控制閥、儲氣罐和壓氣機(jī)；
[0005]所述空化器為封閉的殼體，其側(cè)面加工有通氣孔，空化器一側(cè)的端面上設(shè)有連接端，該連接端上具有兩個接口與內(nèi)部的空腔相通；
[0006]所述粒子緩存管同樣為封閉的圓柱形殼體，其外圓周面上加工有過氣孔，一端的端面上設(shè)有與連接管相聯(lián)通的連接孔；
[0007]其整體連接關(guān)系為:所述粒子緩存管固定連接在空化器的內(nèi)部，一路連接管與空化器連接端上的一個接口連接后與空化器內(nèi)部相通，該連接管上連有一個控制閥，另一路連接管穿過空化器連接端上另一個接口后與粒子儲存管上的連接孔連接并與粒子儲存管內(nèi)部相通，兩路連接管同時連接三通閥的兩端，三通閥的另一端連接一個帶儲氣罐和壓氣機(jī)的管路;與粒子緩存管聯(lián)通的連接管上連接有粒子儲存管，粒子儲存管兩端的連接管上分別連接一個控制閥。
[0008]進(jìn)一步地，所述空化器的左側(cè)面和右側(cè)面互相平行，迎流面與水流方向垂直，空化器，上的通氣孔加工在背流面上，目的是防止在空化過程中水流倒灌進(jìn)入空化器內(nèi)部。
[0009]進(jìn)一步地，所述粒子緩存管上的過氣孔均勻分布在外圓周面上，為了更加均勻的播撒粒子。
[0010]有益效果:
[0011]1、本發(fā)明將粒子儲存管置于空化器外部，利用兩者之間的空腔使得粒子與空氣進(jìn)行了二次混合，有利于通氣空穴中的粒子分布均勻和連續(xù)供應(yīng)，能夠便于PIV系統(tǒng)的測量和觀測。
[0012]2、本發(fā)明采用關(guān)閉控制閥的形式對試驗(yàn)過程中進(jìn)行粒子補(bǔ)充，確保了試驗(yàn)全過程不會產(chǎn)生倒灌現(xiàn)象，此外，由于采用的是外部粒子，即使發(fā)生空化器內(nèi)部壓力不足產(chǎn)生倒灌的現(xiàn)象，由于儲存管在外部，關(guān)閉閥門就可以保證液體不會進(jìn)入粒子儲存管內(nèi)，使得裝置的可靠性大大提高。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明粒子播撒裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明空化器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明粒子緩存管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明在水洞試驗(yàn)段內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)的原理圖。
[0017]其中、1-水洞試驗(yàn)段、2-粒子撒布裝置、3-氣液交界面、4-通氣空泡、5-水體、6-通氣孔排出氣體、7-空化器、8-通氣孔、9-粒子緩存管、I O-過氣孔、11 -控制閥1、12-控制閥Π、13-控制閥ΙΠ、14-粒子儲存管、15-連接管、16-三通閥、17-儲氣罐、18-壓氣機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0019]如附圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于PIV通氣空穴內(nèi)部流場測量的粒子播撒裝置，該播撒裝置包括空化器7、粒子儲存管14、粒子緩存管9、連接管15、三通閥16、控制閥I11、控制閥Π 12、控制閥m 13、儲氣罐17和壓氣機(jī)18 ；
[0020]如附圖2所示，所述空化器7為封閉的殼體，其側(cè)面加工有通氣孔8，空化器7—側(cè)的端面上設(shè)有連接端，該連接端上具有兩個接口與內(nèi)部的空腔相通;所述空化器7的左側(cè)面和右側(cè)面互相平行，迎流面與水流方向垂直，空化器7上的通氣孔8加工在背流面上，目的是防止在空化過程中水流倒灌進(jìn)入空化器內(nèi)部。
[0021]如附圖3所示，所述粒子緩存管9同樣為封閉的圓柱形殼體，其外圓周面上也加工有過氣孔10，過氣孔10均布在外圓周面上，為了更加均勻的播撒粒子。一端的端面上設(shè)有與連接管相聯(lián)通的連接孔。
[0022]所述粒子緩存管9固定連接在空化器7的內(nèi)部，一路連接管15與空化器7連接端上的一個接口連接后與空化器7內(nèi)部相通，該連接管上連有控制閥ΙΠ13，另一路連接管穿過空化器連接端上另一個接口后與粒子儲存管14上的連接孔連接并與粒子儲存管14內(nèi)部相通，兩路連接管15同時連接三通閥16的兩端，三通閥16的另一端連接一個帶儲氣罐17和壓氣機(jī)18的管路;與粒子緩存管9聯(lián)通的連接管上連接有粒子儲存管14，粒子儲存管14兩端的連接管15上分別連接控制閥111和控制閥Π 12。
[0023]工作原理如附圖4所示:將空化器安裝在水洞，實(shí)驗(yàn)前，將粒子存放在外部儲存管14中，將與空化器7外部相連的控制閥Ill和控制閥Π 12關(guān)閉，而與空化器相連另一端進(jìn)氣的控制閥ΙΠ13保持開通，外部氣源通過進(jìn)氣管不斷向空化器7中通入氣體，從空化器7的通氣孔流出的氣體在水洞來流的作用下使得空化器后部形成一個較大的通氣空穴，持續(xù)不斷的氣流保證流場中通氣空穴的形成，也可避免水洞中的水流倒灌進(jìn)入空化器內(nèi)部;開始試驗(yàn)時，將粒子儲存管14兩端的控制閥Ill和控制閥Π 12打開，使粒子在進(jìn)入緩存盒9中運(yùn)動過程中與氣體充分混合，粒子緩存盒9的過氣孔10排出的混合了粒子的氣流與進(jìn)氣管通入空化器7內(nèi)部的氣體再次混合均勻，通過空化器7背流面的通氣孔8向外排出，使得通氣空穴內(nèi)部的粒子能夠分布均勻。當(dāng)粒子用盡后，關(guān)閉控制閥Ill和控制閥Π 12，加裝粒子后，繼續(xù)打開控制閥Ill和控制閥Π 12，進(jìn)行粒子補(bǔ)充，保證了在實(shí)驗(yàn)過程中粒子的充分供應(yīng)，滿足了 PIV測量時對粒子的需求。
[0024]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于PIV通氣空穴內(nèi)部流場測量的粒子播撒裝置，其特征在于，該播撒裝置包括空化器(7)、粒子儲存管(14)、粒子緩存管(9)、連接管(I5)、三通閥(16)、控制閥、儲氣罐(I7)和壓氣機(jī)(18); 所述空化器(7)為封閉的殼體，其側(cè)面加工有通氣孔，空化器(7)—側(cè)的端面上設(shè)有連接端，該連接端上具有兩個接口與內(nèi)部的空腔相通； 所述粒子緩存管(9)同樣為封閉的圓柱形殼體，其外圓周面上加工有過氣孔(10)，一端的端面上設(shè)有與連接管(15)相聯(lián)通的連接孔； 其整體連接關(guān)系為:所述粒子緩存管(9)固定連接在空化器(7)的內(nèi)部，一路連接管(15)與空化器連接端上的一個接口連接后與空化器(7)內(nèi)部相通，該連接管(15)上連有一個控制閥，另一路連接管(15)穿過空化器連接端上另一個接口后與粒子儲存管(14)上的連接孔連接并與粒子儲存管(14)內(nèi)部相通，兩路連接管同時連接三通閥(16)的兩端，三通閥的另一端連接一個帶儲氣罐(17)和壓氣機(jī)(18)的管路；與粒子緩存管(9)聯(lián)通的連接管(15)上連接有粒子儲存管(14)，粒子儲存管(I4)兩端的連接管(I5)上分別連接一個控制閥。2.如權(quán)利要求1所述的基于PIV通氣空穴內(nèi)部流場測量的粒子播撒裝置，其特征在于，所述空化器(7)的左側(cè)面和右側(cè)面互相平行，迎流面與水流方向垂直，空化器(7)上的通氣孔加工在背流面上。3.如權(quán)利要求1或2所述的基于PIV通氣空穴內(nèi)部流場測量的粒子播撒裝置，其特征在于，所述粒子緩存管(9)上的過氣孔(10)均勻分布在外圓周面上。
【文檔編號】G01P5/20GK105891539SQ201510958501
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月17日
【發(fā)明人】王國玉, 王志英, 趙興安, 郝加封, 齊海闊, 馬瀟健
【申請人】北京理工大學(xué)