冰晶顆粒吸收率測試儀器的製作方法
2023-05-01 18:58:51
專利名稱：冰晶顆粒吸收率測試儀器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種冰晶顆粒吸收率測試儀器，屬於主要用於航空領域中測試 含冰晶顆粒的流動氣體打在物體上的冰晶顆粒吸收率的測試儀器。(二) 背景技術-冰風洞裡的氣體是含有冰晶顆粒的低溫氣體，氣體打在儀器或裝置上會形 成冰層。但是目前國際上還沒有一種裝置或儀器能夠測試冰風洞中冰晶顆粒打 在物體上的吸收率，相關研究只能通過理論計算來推測，而無法實際測試到物 體不同位置的吸收率。(三)
發明內容
本發明的目的在於提供一種冰晶顆粒吸收率測試儀器，以測試含冰晶顆 粒的流動氣體打在物體上的冰晶顆粒吸收率。本發明為一種冰晶顆粒吸收率測試儀器，其技術方案為該儀器是利用攝 像機拍攝技術，拍攝含有有色顏料的水顆粒打在塗有白色矽膠的物體上動態變 化錄像，並通過分析錄像中物體上白色矽膠的顏色變化得到打在物體上不同部 位的顆粒吸收率。如圖l所示，本發明冰晶顆粒吸收率測試儀器，其包括4部分氣源、水 源、合成實驗段和攝影測試段。氣源由變頻器、鼓風機、整流段和出水噴霧段組成；變頻器與鼓風機相連， 鼓風機的出口接有整流段，整流段的另一端連接出水噴霧段。氣源是通過調節變頻器控制鼓風機提供實驗研究所需流量大小的氣體；由 於鼓風機出口是長方形，需通過整流段整流，同時將氣體出口變成圓形。水源由壓氣機、壓力水罐、水路連接管道、氣路連接管道、氣動噴嘴和噴 嘴連接配件組成；為很好地控制罐內壓力，在壓力水罐上安裝有壓力表、進水 口、出氣口、出氣閥、出水閥和液位計，如圖2所示；其中壓氣機通過出氣口 與壓力水罐相接，氣路連接管道一端與出氣閥連接，另一端連接氣動噴嘴上部 的氣動噴嘴氣路入口，水路連接管道一端連接出水闊，另一端連接氣動噴嘴下 部的氣動噴嘴水路入口。
其中，壓力水罐只要能承受0.5Mpa壓力即可，水源中的水添加有色顏料。 水源是壓氣機生成的有壓氣體進入壓力水罐後，以相同的壓力使壓力水罐 內有顏色的水和氣體流出，分別從氣動噴嘴的水路入口和氣路入口進入，噴出 試驗所需水顆粒。使氣動噴嘴的水路入口和氣路入口有相同壓力，能很好地控 制氣動噴嘴噴出的水顆粒度。
合成實驗段由出水噴霧段和觀察實驗段組成；其中出水噴霧段由不鏽鋼製 成，厚為3mm，內徑140mm;觀察實驗段由有機玻璃製成，厚為10mm，內徑 140mm，出水噴霧段和觀察實驗段通過法蘭連接。
合成實驗段是氣源的氣體通過整流段與出水噴霧段的有色水顆粒混合後， 在觀察實驗段流動的過程中，充分混合，並迅速生成含均勻有色水顆粒的氣體， 噴在預先塗有一層薄層層析矽膠的試驗件上。
攝影測試段由試驗件、攝像機和攝像機組成；其中，兩臺攝像機對稱分布 於試驗件兩側。
攝影測試段是用兩臺對稱分布的攝像機和攝像機拍攝含有有色水顆粒的氣 體在噴在試驗件上的白色矽膠變色過程，通過對採集到的圖像信息進行色度分 析，計算出試驗件的冰晶顆粒吸收率。
其中，該儀器的圖像分析軟體計算試件的吸收率，並將不同角度的兩臺攝 像機測得的圖像進行對比分析，從而得出經過校正的試驗件的吸收率。
本發明一種冰晶顆粒吸收率測試儀器，其優點及功效在於可以在不破壞 冰層的情況下，能準確地實時測試冰風洞中冰晶顆粒打在物體上不同部位的吸 收率，並能對相關數據進行分析。
圖l.本發明所用裝置結構示意圖 圖2.壓力水罐結構示意3.出水噴霧段結構示意圖 圖4.圖像分析流程中具體標號如下A.氣源 D.攝影測試段 1.鼓風機 4.觀察實驗段 7.壓力水罐 10.氣路連接管道路 13.攝像機 16.出氣口 19.液位計具體實施例方式本發明一種冰晶顆粒吸收率測試儀器，該儀器由4部分集成氣源A、水 源B、合成實驗段C和攝影測試段D。氣源A和水源B分別提供試驗所需的一定 量空氣和水顆粒，在合成實驗段C合成生成含均勻有色水顆粒的氣體，並利用 攝影測試段測D試有色水顆粒打在測試杆上的顏色變化情況，分析得到打在物 體上的水顆粒吸收率。下面結合附圖，對本發明的一種冰晶顆粒吸收率測試儀器作進一步的說明-氣源A主要是提供實驗所需的一定流量的空氣。如圖1所示，氣源A由變 頻器8、鼓風機l、整流段2和出水噴霧段3組成；變頻器8與鼓風機1相連， 鼓風機的出口接有整流段2，整流段2的另一端連接出水噴霧段3。其中整流 段2由不鏽鋼製成，厚為3mm。氣源A通過調節變頻器8控制鼓風機1提供實 驗研究所需的一定流量的氣體，通常氣體流量範圍為300 700Z/s。由於鼓風 機l出口是長方形，需通過整流段2整流，使氣體從整流段2流出後變得均勻B.水源2.整流段 5.實驗件 8.變頻器 ll.氣動噴嘴 14.壓力表 17.出氣閥20.氣動噴嘴水路入口C.合成實驗段3.出水噴霧段6.壓氣機9.水路連接管道12.攝像機15.進水口18.出水閥21.氣動噴嘴氣路入口流暢。水源B主要是提供實驗所需的顆粒度較小的有色水顆粒(顆粒度通常為20，)。如圖l、 2所示，水源B由壓氣機6、壓力水罐7、水路連接管道9、氣 路連接管道10、氣動噴嘴11和噴嘴連接配件組成。為很好地控制罐內壓力， 在壓力水罐7上安裝有壓力表14、進水口 15、出氣口 16、出氣閥17、出水閥 18和液位計19，如圖2所示；其中壓氣機6通過出氣口 16與壓力水罐7相接， 氣路連接管道10 —端與出氣閥17連接，另一端連接氣動噴嘴11上部的氣動噴 嘴氣路入口 21，水路連接管道9 一端連接出水閥18，另一端連接氣動噴嘴11 下部的氣動噴嘴水路入口 20。水源B是壓氣機6生成的有壓氣體進入壓力水罐 7後，以相同的壓力使壓力水罐7內的有顏色的水和氣體流出，分別從氣動噴 嘴11的水路入口 20和氣路入口 21進入氣動噴嘴11，通過氣動噴嘴11生成試 驗所需的顆粒度為20辦左右有顏色的水顆粒。其中壓力水罐7隻要能承受 0.5Mpa壓力即可，水源中的水添加有色顏料。為得到穩定的水顆粒，本發明採 用壓力水罐7同時提供氣動噴嘴11所需的有壓氣體和水，這樣能很好地控制氣 動噴嘴11噴出的水流量和噴水顆粒度。合成實驗段C主要是將氣源A和水源B提供的空氣和水顆粒充分混合，生 成含有色水顆粒的空氣。如圖1所示，合成實驗段C由出水噴霧段3和觀察實 驗段4組成。其中出水噴霧段3由不鏽鋼製成，厚為3皿，'內徑140皿；觀察實 驗段4由有機玻璃製成，厚為10皿，內徑140，，出水噴霧段3和觀察實驗段 4通過法蘭連接。氣源A的氣體通過整流段2與出水噴霧段3的有色水顆粒混 合後，在觀察實驗段4流動的過程中，充分混合，並迅速生成含均勻有色水顆 粒的氣體，噴在預先塗有一層薄層層析矽膠的試驗件5上，形成深淺不同的顏 色。攝影測試段D是將有色水顆粒打在試驗件上的情況動態記錄下來，並分析 色度變化推算出水顆粒的吸收率。如圖1所示，攝影測試段D由攝像機12、攝 像機13和試驗件5組成。試驗件5上預先塗有一層薄層層析矽膠來吸收染料， 含有有色水顆粒氣體從觀察實驗段4吹在試驗件5上，試驗件5從中間的深色 到兩邊變成淺色。兩臺攝像機12和攝像機13以氣體流動方向為中線對稱分布， 與氣體流動方向分別成120°角。由於角度限制， 一臺攝像機不能採集試驗件正面的所有圖像，所以使用兩臺對稱分布、攝像方向與噴水方向分別成120° 角的攝像機。攝像機12和攝像機13從噴水開始拍攝試驗件5上顏色的變化情 況，拍攝到的圖像互相補充，經過處理，能夠得到試驗件5正面白色矽膠變色過程，通過對採集到的圖像信息進行色度分析，就可計算得到試驗件5的冰晶 顆粒吸收率。本發明一種冰晶顆粒吸收率測試儀器的實施步驟如下:步驟一、向水源部分的壓力水罐7中的進水口 17加入一定的染料；步驟二、在試驗件5表面均勻塗一層薄層層析矽膠，並晾乾；步驟三、打開變頻器8、鼓風機l和氣動噴嘴ll，獲得含有有色水顆粒的 氣體；步驟四、打開攝像機12和攝像機13進行圖像採集； 步驟五、將試驗件5放入整流觀察段4前面收集有色水顆粒； 、 步驟六、有色水顆粒與試驗件5接觸，當試驗件5表面的矽膠變色後，移 開試驗件5;步驟七、關閉水源B，關閉攝像機12和攝像機13，進行數據導出，利用圖像分析軟體處理圖像信息，計算出試驗件5的吸收率。 其中，圖像分析軟體是Matlab軟體平臺下二次開發的程序。該軟體的流程 框圖如圖4所示，該軟體的流程說明如下(1) 讀取圖像文件；(2) 從圖像文件中截取試驗件部分圖像；(3) 如試驗件圖像與屏幕不垂直，需將圖像旋轉一定角度使圖像垂直於屏 幕；(4) 讀取染色的子區域的數量和色度等信息；(5) 計算試驗件的吸收率，並將不同角度的兩臺攝像機測得的圖像進行對比 分析，從而得出校正後的試驗件的試驗件的吸收率；(6) 輸出結果。
權利要求
1、一種冰晶顆粒吸收率測試儀器，包括四部分氣源、水源、合成實驗段和攝影測試段；其特徵在於氣源由變頻器、鼓風機、整流段和出水噴霧段組成；變頻器與鼓風機相連，鼓風機的出口接有整流段，整流段的另一端連接出水噴霧段；水源由壓氣機、壓力水罐、水路連接管道、氣路連接管道、氣動噴嘴和噴嘴連接配件組成；在壓力水罐上安裝有壓力表、進水口、出氣口、出氣閥、出水閥和液位計；其中壓氣機通過出氣口與壓力水罐相接，氣路連接管道一端與出氣閥連接，另一端連接氣動噴嘴上部的氣動噴嘴氣路入口，水路連接管道一端連接出水閥，另一端連接氣動噴嘴下部的氣動噴嘴水路入口；合成實驗段由出水噴霧段和觀察實驗段組成；出水噴霧段和觀察實驗段通過法蘭連接；攝影測試段由試驗件、兩臺攝像機組成。
2、 根據權利要求1所述的冰晶顆粒吸收率測試儀器，其特徵在於該氣源 是通過調節變頻器控制鼓風機提供實驗研究所需流量大小的氣體。
3、 根據權利要求1所述的冰晶顆粒吸收率測試儀器，其特徵在於該水源 是壓氣機生成的有壓氣體進入壓力水罐後，以相同的壓力使壓力水罐內的有顏 色的水和氣體流出，分別從氣動噴嘴的水路入口和氣路入口進入，噴出試驗所 需水顆粒。
4、 根據權利要求1所述的冰晶顆粒吸收率測試儀器，其特徵在於該出水 噴霧段由不鏽鋼製成，厚為3mm，內徑140mm。
5、 根據權利要求1所述的冰晶顆粒吸收率測試儀器，其特徵在於該觀察 實驗段由有機玻璃製成，厚為10mm，內徑140mm。
6、 根據權利要求1所述的冰晶顆粒吸收率測試儀器，其特徵在於該合成 實驗段是氣源的氣體通過整流段與出水噴霧段的有色水顆粒混合後，在觀察實驗段流動的過程中，充分混合，並迅速生成含均勻有色水顆粒的氣體，噴在預 先塗有一層薄層層析矽膠的試驗件上。
7、 根據權利要求1所述的冰晶顆粒吸收率測試儀器，其特徵在於該兩臺 攝像機對稱分布於試驗件兩側，攝像機攝像方向與噴水方向分別成120°角。
8、 根據權利要求1所述的冰晶顆粒吸收率測試儀器，其特徵在於該攝影 測試段是用兩臺對稱分布的攝像機拍攝含有有色水顆粒的氣體在噴在試驗件上 的白色矽膠變色過程，通過對採集到的圖像信息進行色度分析，計算出試驗件 的冰晶顆粒吸收率。
9、 根據權利要求1所述的冰晶顆粒吸收率測試儀器，其特徵在於該儀器 的圖像分析軟體計算試件的吸收率，並將不同角度的兩臺攝像機測得的圖像進 行對比分析，從而得出經過校正的試驗件的吸收率。
全文摘要
本發明一種冰晶顆粒吸收率測試儀器，包括氣源、水源、合成實驗段和攝影測試段；氣源包括變頻器、鼓風機、整流段和出水噴霧段；變頻器與鼓風機相連，鼓風機的出口接整流段，整流段另一端連接出水噴霧段；水源包括壓氣機、壓力水罐、水路連接管道、氣路連接管道、氣動噴嘴；壓氣機通過出氣口與壓力水罐相接，氣路連接管道一端與出氣閥連接，另一端連接氣動噴嘴上部的氣動噴嘴氣路入口，水路連接管道一端連接出水閥，另一端連接氣動噴嘴下部的氣動噴嘴水路入口；合成實驗段由出水噴霧段和觀察實驗段組成；攝影測試段由試驗件、攝像機組成。本發明在不破壞冰層情況下，準確實時測試冰風洞中冰晶顆粒打在物體上不同部位的吸收率，並對數據進行分析。
文檔編號G01N21/84GK101216434SQ20081005635
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月17日 優先權日2008年1月17日
發明者立 丁, 於廣鋒, 楊春信, 超 王 申請人:北京航空航天大學