一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統的製作方法
2023-05-26 15:53:26
一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統的製作方法
【專利摘要】本發明屬於流體力學、流態轉捩領域，具體涉及的是一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統。一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統，包括水支路、染色劑支路、實驗段和採集系統四個部分，水支路包括帶有排汙管的水箱、離心泵、止回閥、變頻器、溫度計和流量計，染色劑支路包括注入反饋閥門、染色劑注入裝置、注入控制閥門，實驗段包括試驗段，差壓變送器以及注入針頭，採集系統包括高清攝像機、計算機和一套數據採集板.本發明採用變頻器與離心泵結合的方法，來模擬實際工業設備和系統中的脈動流。採用這種方法，再配以正弦波與餘弦波生成，可以模擬任意一種實際中的脈動流動工況，方便、快捷，而且造價低廉。
【專利說明】一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於流體力學、流態轉捩領域，具體涉及的是一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統。
【背景技術】
[0002]流態轉捩現象在熱能動力裝置及船舶核動力裝置中經常發生，其中，脈動條件下的轉捩現象對於許多工業設備和系統的設計和運行來說尤為重要，因此國內外許多學者對此做出了大量的研究。但這些研究採單一壓降法或單一可視化法。在可視化研究中用的染色劑注入方式均為高位放置注入或小流量泵注入。染色劑的高位放置注入方式不能保證染色劑的注入量與水支路內流量成正相關關係，甚至在水支路流量大時，染色劑的注入量會減小，這就會較大的影響可視化實驗的觀測與實驗結果的可靠性。而通過小流量泵的注入方式，其中所涉及到的實驗系統，造價昂貴，搭建周期長，操作複雜，而且需要耗費大量的人力物力進行維護，並且根據實驗條件的不同，染色劑注入控制參數也要改變。這兩種方法都在染色劑注入量與水支路流量的耦合上有缺陷，導致實驗結果存在一定偏差。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種研究工況範圍廣，分析方法多，測量數據精度高，結果分析準確，而且造價低廉，搭建方便，操作簡單，同時也很環保的用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統。
[0004]本發明的目的是這樣實現的:
[0005]一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統，包括水支路、染色劑支路、實驗段和採集系統四個部分，水支路包括帶有排汙管的水箱、離心泵、止回閥、變頻器、溫度計和流量計，染色劑支路包括注入反饋閥門、染色劑注入裝置、注入控制閥門，實驗段包括試驗段，差壓變送器以及注入針頭，採集系統包括高清攝像機、計算機和一套數據採集板，儲存在水箱中的水被由變頻器控制的離心泵抽送，經過液體流量計和溫度計後進入實驗段；儲存在染色劑注入裝置中的染色劑經注入控制閥和注入針頭進入試驗段；試驗段的兩端安裝差壓變送器，高清攝像機架設於試驗段的正上方，流量計和差壓變送器測得的數據信號，均由數據採集板採集，同高清攝像機拍攝的流動畫面一起存入計算機中待處理。
[0006]試驗段是一個水平放置的能夠儲存液體的柱體容器。
[0007]染色劑注入裝置為中間具有隔層的容器，隔層在裝置頂端有開口，使染色劑注入裝置中形成兩個連接的腔體，水支路中的水由注入裝置入口進入染色劑注入裝置的右半部分進行傳壓，將右半部分中的染色劑溶液通過裝置出口、注入控制閥門壓入試驗段。
[0008]在左、右兩部分的染色劑溶液和水之間還裝有不溶於水和染色劑溶液的密封油。
[0009]染色劑注入裝置的左、右兩部分的頂端有用於添加溶劑的可密封通孔。
[0010]染色劑迴路與水支路互為旁路，染色劑注入量與水流量相耦合。
[0011]本發明的有益效果在於:本發明採用變頻器與離心泵結合的方法，來模擬實際工業設備和系統中的脈動流。採用這種方法，再配以正弦波與餘弦波生成，可以模擬任意一種實際中的脈動流動工況，方便、快捷，而且造價低廉；本發明中所採用的染色劑裝置可以實現染色劑注入量與水支路流量相耦合，從而提高可視化實驗的精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的整體結構示意圖；
[0013]圖2為本發明的脈動流生成系統示意圖；
[0014]圖3為本發明的染色劑注入裝置示意圖；
[0015]圖4為本發明中採用的數據採集系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明做更詳細地描述:
[0017]一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統，本系統包括水支路、染色劑支路、實驗段和採集系統四個部分。支路中的主要設備包括帶有排汙管的水箱、離心泵、止回閥、變頻器、溫度計和流量計；染色劑支路中的主要設備有染色劑注入反饋閥門、注入裝置、注入控制開關；實驗段部分主要包括注入針頭，實驗段以及差壓變送器；採集系統部分主要包括一臺電腦、一套數據採集板和一臺高清攝像機。其中高清攝像機架設於實驗段的正上方，實時拍攝流動畫面。
[0018]在水支路中，採用變頻器與離心泵結合的方法，來模擬實際工業設備和系統中的脈動流。
[0019]染色劑迴路與水支路互為旁路，染色劑注入量與水流量相耦合。
[0020]染色劑迴路上有兩個控制閥門，通過兩閥門相互配合來進行調節控制。
[0021]染色劑注入裝置下部隔開，上部貫通；下部分盛放別染色劑溶液與水，上部盛放密封油。
[0022]染色劑注入裝置頂端開有兩個可密封的孔，用以添加染色劑和密封油。
[0023]結合圖1，本系統包括水支路、染色劑支路、實驗段和採集系統四個部分。其中水支路中的主要設備包括帶有排汙管2的水箱1、離心泵3、變頻器4、止回閥5、液體流量計6和溫度計7 ;染色劑支路中的主要設備有注入反饋閥門8、染色劑注入裝置11、注入控制閥門12、；實驗段部分主要包括試驗段13，差壓變送器14以及注入針頭16 ;採集系統部分主要包括一臺高清攝像機15、一臺電腦18和一套數據採集板17，其中高清攝像機15架設於實驗段的正上方，實時拍攝流動畫面。儲存在水箱I中的水被離心泵3抽送進實驗迴路，經過液體流量計6和溫度計7後進入試驗段13 ;與此同時，儲存在染色劑注入裝置11中的染色劑經注入控制閥12進入實驗段13。最後兩者混合返回水箱I循環使用，一段時間後經過排汙閥2將被汙染的水放走，換上乾淨的水。
[0024]結合圖2，在本發明中，採用離心泵3與變頻器4結合的方法，來模擬實際工業設備和系統中的脈動流。在實驗時，首先由電腦中的正弦波生成軟體生成一個正弦波信號傳送給變頻器4，然後變頻器4就會按照所接受的正弦信號控制離心泵3，使其轉速按照正弦波的形式變化，而流量與離心泵3的轉速是成正比的，由此得到實驗所需的脈動流。
[0025]結合圖3，在本發明中，水支路中的水由注入裝置入口 19進入注入裝置，通過9、10傳壓，將11中的染色劑溶液通過裝置出口 20、注入控制閥門12壓入試驗段13。
[0026]結合圖4，本發明中，液體流量計6和差壓變送器14所測得的數據信號，均由數據採集板17採集，並同高清攝像機15所拍攝的流動畫面一起存入電腦18中待處理。
【權利要求】
1.一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統，包括水支路、染色劑支路、實驗段和採集系統四個部分，水支路包括帶有排汙管的水箱(I)、離心泵(3)、止回閥(5)、變頻器(4)、溫度計(7)和流量計(6)，染色劑支路包括注入反饋閥門(8)、染色劑注入裝置(11)、注入控制閥門(12)，實驗段包括試驗段(13)，差壓變送器(14)以及注入針頭(16)，採集系統包括高清攝像機(15)、計算機(18)和一套數據採集板(17)，其特徵在於:儲存在水箱(I)中的水被由變頻器控制的離心泵抽送，經過液體流量計和溫度計後進入實驗段(13);儲存在染色劑注入裝置(11)中的染色劑經注入控制閥(12)和注入針頭(16)進入試驗段(13);試驗段(13)的兩端安裝差壓變送器(14)，高清攝像機(15)架設於試驗段的正上方，流量計(6)和差壓變送器(14)測得的數據信號，均由數據採集板(17)採集，同高清攝像機(15)拍攝的流動畫面一起存入計算機(18)中待處理。
2.根據權利要求1所述的一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統，其特徵在於:所述的試驗段(13)是一個水平放置的能夠儲存液體的柱體容器。
3.根據權利要求1或2所述的一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統，其特徵在於:所述的染色劑注入裝置為中間具有隔層的容器，隔層在裝置頂端有開口，使染色劑注入裝置中形成兩個連接的腔體，水支路中的水由注入裝置入口(19)進入染色劑注入裝置的右半部分進行傳壓，將右半部分中的染色劑溶液通過裝置出口(20)、注入控制閥門(12)壓入試驗段(13)。
4.根據權利要求3所述的一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統，其特徵在於:在左、右兩部分的染色劑溶液和水之間還裝有不溶於水和染色劑溶液的密封油。
5.根據權利要求4所述的一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統，其特徵在於:染色劑注入裝置的左、右兩部分的頂端有用於添加溶劑的可密封通孔。
6.根據權利要求1或2所述的一種用於脈動流流態轉捩可視化研究的實驗及測量系統，其特徵在於:染色劑迴路與水支路互為旁路，染色劑注入量與水流量相耦合。
【文檔編號】G01M10/00GK103512723SQ201310459930
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】譚思超, 王嘯宇, 楊徵, 李少丹, 莊乃亮 申請人:哈爾濱工程大學