一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備及試驗方法
2023-06-14 12:01:01
專利名稱：一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備及試驗方法
技術領域：
本發明涉及一種材料性能的試驗技術，特別是一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備及試驗方法。
背景技術：
空化與空蝕是一種微觀、瞬時、隨機、多相的複雜過程，也是造成水力機械損傷破壞的主要原因之一，涉及瞬時的氣液相變、能量傳遞和材料響應等多方面因素。空化與空蝕涉及眾多的領域，如宇航、國防、航海、化工、原子能、生物和醫學等。因此研究空化與空蝕現象的發生機理和抑制空蝕的技術方法不僅具有深遠的理論意義，而且具有重大的現實價值。目前人類用於研究材料空化與空蝕性能的試驗方法有兩種一種是現場原型實驗，試驗歷時較長且費用較大，同時由於現場環境的複雜性，難度較大；另一種是室內試驗，也被稱為「快速空蝕試驗」。常用室內空蝕試驗設備有磁致伸縮儀、旋轉圓盤空蝕設備、水滴衝擊設備、超聲波空化試驗、雷射空化試驗等。對材料進行空化與空蝕性能評估的研究主要是室內試驗為主，對現有的空化空蝕設備的研究表明此類設備存在的共同問題是對過流部件產生的空化空蝕現象的流體工況模擬程度不足，而且這些設備的結構複雜、運行維護困難、造價高昂、試驗過程複雜。
發明內容
為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種接近實際工況、設備結構簡單、工藝流程簡易、成本低廉且性能穩定的測試材料性能的空化空蝕試驗設備及試驗方法。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備，包括文丘裡管、水槽、離心泵、管系、壓力表A、壓力表B、流量計、流量調節閥A、流量調節閥B和流量調節閥C，所述的文丘裡管前端通過管系依次與壓力表A、流量調節閥A、流量計、離心泵和水槽連接，其後端通過管系依次與壓力表B、流量調節閥B和水槽連接，所述的流量調節閥C 一端通過管系連接在流量計和離心泵之間、另一端通過管系與水槽連接；所述的文丘裡管採用透明的聚四氟乙烯製造。一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備的試驗方法，包括以下步驟A、將試樣安裝在文丘裡管內部的試樣安裝構件上；B、通過離心泵的運轉使具有一定進口端壓力的水流通過文丘裡管，通過調節流量調節閥A和調節流量調節閥A使文丘裡管進出口端具有一定的壓力差，從而在文丘裡管喉部末端和出口錐角前部出現空化現象；C、通過流量調節閥C控制空化強度，通過運行一定時間來研究試樣的空化空蝕特性。本發明所述的一定進口端壓力為0. 2 0. 8MPa，所述的進出口端具有一定的壓力差即出口端壓力與進口端壓力之差在0.2 0. SMI^a之間，壓力差越大產生空化空蝕的現象越明顯。
本發明所述的試樣安裝構件固定在文丘裡管喉部出口端，與文丘裡管中軸線平行。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果1、由於本發明的設備是基於文丘裡管的試驗設備，通過其進行的空化空蝕試驗類似於真實的流體流經過流部件，通過壓力差來獲取試驗過流部件產生空化氣泡，通過氣泡潰滅使試樣獲得空蝕效果，此設備較為接近實際工況下流體中空化空蝕的發生過程。由於文丘裡管採用透明的聚四氟乙烯為加工材料，可以清晰地獲得實驗中的空化現象。2、本發明的設備所需工作部件數目少，部件易於加工、獲取，成本低廉，通過調節流量調節閥來獲取所取的壓力差，來獲取穩定的空化氣泡，從而可以進行空蝕試驗，設備的工藝操作過程簡單，且空化空蝕實驗性能穩定。
本發明共有附圖2張，其中圖1是一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備的結構示意圖。圖2是試樣安裝在文丘裡管內部的試樣安裝構件上的示意圖。圖中，1、流量計，2、流量調節閥A，3、壓力表A，4、文丘裡管，5、壓力表B，6、流量調節閥B，7、水槽，8、管系，9、流量調節閥C，10、離心泵，11、試樣安裝構件，12、試樣。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行進一步地描述。如圖1所示，一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備，包括文丘裡管4、水槽7、離心泵10、管系8、壓力表A3、壓力表B5、流量計 1、流量調節閥A2、流量調節閥B6和流量調節閥C9，所述的文丘裡管4前端通過管系8依次與壓力表A3、流量調節閥A2、流量計1、離心泵10和水槽7連接，其後端通過管系8依次與壓力表B5、流量調節閥B6和水槽7連接，所述的流量調節閥C9 一端通過管系8連接在流量計1和離心泵10之間、另一端通過管系8與水槽7連接；所述的文丘裡管4採用透明的聚四氟乙烯製造。一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備的試驗方法，包括以下步驟A、將試樣12安裝在文丘裡管4內部的試樣安裝構件11上；B、通過離心泵10的運轉使具有一定進口端壓力的水流通過文丘裡管4，通過調節流量調節閥A2和調節流量調節閥A2使文丘裡管4進出口端具有一定的壓力差，從而在文丘裡管4喉部末端和出口錐角前部出現空化現象；C、通過流量調節閥C9控制空化強度，通過運行一定時間來研究試樣12的空化空蝕特性。本發明步驟B所述的進口端壓力為0. 2 0. 8MPa，所述的進出口端具有一定的壓力差即出口端壓力與進口端壓力之差在0.2 0. SMI^a之間，壓力差越大產生空化空蝕的現象越明顯。本發明所述的試樣安裝構件11固定在文丘裡管4喉部出口端，與文丘裡管4中軸線平行。
權利要求
1.一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備，其特徵在於包括文丘裡管4、水槽7、離心泵10、管系8、壓力表A3、壓力表B5、流量計1、流量調節閥A2、流量調節閥B6和流量調節閥 C9，所述的文丘裡管4前端通過管系8依次與壓力表A3、流量調節閥A2、流量計1、離心泵 10和水槽7連接，其後端通過管系8依次與壓力表B5、流量調節閥B6和水槽7連接，所述的流量調節閥C9 一端通過管系8連接在流量計1和離心泵10之間、另一端通過管系8與水槽7連接；所述的文丘裡管4採用透明的聚四氟乙烯製造。
2.一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備的試驗方法，其特徵在於包括以下步驟A、將試樣12安裝在文丘裡管4內部的試樣安裝構件11上；B、通過離心泵10的運轉使具有一定進口端壓力的水流通過文丘裡管4，通過調節流量調節閥A2和調節流量調節閥A2使文丘裡管4進出口端具有一定的壓力差，從而在文丘裡管4喉部末端和出口錐角前部出現空化現象；C、通過流量調節閥C9控制空化強度，通過運行一定時間來研究試樣12的空化空蝕特性。
3.根據權利要求1所述的一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備的試驗方法，其特徵在於所述的進口端壓力為0. 2 0. 8MPa，所述的進出口端具有一定的壓力差即出口端壓力與進口端壓力之差在0. 2 0. SMPa之間，壓力差越大產生空化空蝕的現象越明顯。
4.根據權利要求1所述的一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備的試驗方法，其特徵在於所述的試樣安裝構件(11)固定在文丘裡管喉部出口端，與文丘裡管中軸線平行。
全文摘要
本發明公開了一種測試材料性能的空化空蝕試驗設備及試驗方法，所述的設備包括文丘裡管、水槽、離心泵、管系、壓力表A、壓力表B、流量計、流量調節閥A、流量調節閥B和流量調節閥C，所述的文丘裡管前端通過管系依次與壓力表A、流量調節閥A、流量計、離心泵和水槽連接，其後端通過管系依次與壓力表B、流量調節閥B和水槽連接。本發明通過調節流量調節閥A和調節流量調節閥A使文丘裡管進出口端具有一定的壓力差，從而在文丘裡管喉部末端和出口錐角前部出現空化現象。本發明較為接近實際工況下流體中空化空蝕的發生過程。本發明的設備所需工作部件數目少，成本低廉，工藝操作過程簡單，且空化空蝕實驗性能穩定。
文檔編號G01N7/10GK102175561SQ20111002404
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者張會臣, 李 傑 申請人:大連海事大學