一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于流體力學(xué)、流態(tài)轉(zhuǎn)捩領(lǐng)域，具體涉及的是一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)。一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)，包括水支路、染色劑支路、實(shí)驗(yàn)段和采集系統(tǒng)四個(gè)部分，水支路包括帶有排污管的水箱、離心泵、止回閥、變頻器、溫度計(jì)和流量計(jì)，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(shí)驗(yàn)段包括試驗(yàn)段，差壓變送器以及注入針頭，采集系統(tǒng)包括高清攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)和一套數(shù)據(jù)采集板.本發(fā)明采用變頻器與離心泵結(jié)合的方法，來(lái)模擬實(shí)際工業(yè)設(shè)備和系統(tǒng)中的脈動(dòng)流。采用這種方法，再配以正弦波與余弦波生成，可以模擬任意一種實(shí)際中的脈動(dòng)流動(dòng)工況，方便、快捷，而且造價(jià)低廉。
【專利說(shuō)明】一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于流體力學(xué)、流態(tài)轉(zhuǎn)捩領(lǐng)域，具體涉及的是一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]流態(tài)轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象在熱能動(dòng)力裝置及船舶核動(dòng)力裝置中經(jīng)常發(fā)生，其中，脈動(dòng)條件下的轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象對(duì)于許多工業(yè)設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行來(lái)說(shuō)尤為重要，因此國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)此做出了大量的研究。但這些研究采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(nèi)流量成正相關(guān)關(guān)系，甚至在水支路流量大時(shí)，染色劑的注入量會(huì)減小，這就會(huì)較大的影響可視化實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。而通過(guò)小流量泵的注入方式，其中所涉及到的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，造價(jià)昂貴，搭建周期長(zhǎng)，操作復(fù)雜，而且需要耗費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行維護(hù)，并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件的不同，染色劑注入控制參數(shù)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(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種研究工況范圍廣，分析方法多，測(cè)量數(shù)據(jù)精度高，結(jié)果分析準(zhǔn)確，而且造價(jià)低廉，搭建方便，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)也很環(huán)保的用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)，包括水支路、染色劑支路、實(shí)驗(yàn)段和采集系統(tǒng)四個(gè)部分，水支路包括帶有排污管的水箱、離心泵、止回閥、變頻器、溫度計(jì)和流量計(jì)，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(shí)驗(yàn)段包括試驗(yàn)段，差壓變送器以及注入針頭，采集系統(tǒng)包括高清攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)和一套數(shù)據(jù)采集板，儲(chǔ)存在水箱中的水被由變頻器控制的離心泵抽送，經(jīng)過(guò)液體流量計(jì)和溫度計(jì)后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段；儲(chǔ)存在染色劑注入裝置中的染色劑經(jīng)注入控制閥和注入針頭進(jìn)入試驗(yàn)段；試驗(yàn)段的兩端安裝差壓變送器，高清攝像機(jī)架設(shè)于試驗(yàn)段的正上方，流量計(jì)和差壓變送器測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)，均由數(shù)據(jù)采集板采集，同高清攝像機(jī)拍攝的流動(dòng)畫面一起存入計(jì)算機(jī)中待處理。
[0006]試驗(yàn)段是一個(gè)水平放置的能夠儲(chǔ)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(gè)連接的腔體，水支路中的水由注入裝置入口進(jìn)入染色劑注入裝置的右半部分進(jìn)行傳壓，將右半部分中的染色劑溶液通過(guò)裝置出口、注入控制閥門壓入試驗(yàn)段。
[0008]在左、右兩部分的染色劑溶液和水之間還裝有不溶于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于添加溶劑的可密封通孔。
[0010]染色劑回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(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明采用變頻器與離心泵結(jié)合的方法，來(lái)模擬實(shí)際工業(yè)設(shè)備和系統(tǒng)中的脈動(dòng)流。采用這種方法，再配以正弦波與余弦波生成，可以模擬任意一種實(shí)際中的脈動(dòng)流動(dòng)工況，方便、快捷，而且造價(jià)低廉；本發(fā)明中所采用的染色劑裝置可以實(shí)現(xiàn)染色劑注入量與水支路流量相耦合，從而提高可視化實(shí)驗(yàn)的精度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明的脈動(dòng)流生成系統(tǒng)示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明的染色劑注入裝置示意圖；
[0015]圖4為本發(fā)明中采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0017]一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括水支路、染色劑支路、實(shí)驗(yàn)段和采集系統(tǒng)四個(gè)部分。支路中的主要設(shè)備包括帶有排污管的水箱、離心泵、止回閥、變頻器、溫度計(jì)和流量計(jì)；染色劑支路中的主要設(shè)備有染色劑注入反饋閥門、注入裝置、注入控制開關(guān)；實(shí)驗(yàn)段部分主要包括注入針頭，實(shí)驗(yàn)段以及差壓變送器；采集系統(tǒng)部分主要包括一臺(tái)電腦、一套數(shù)據(jù)采集板和一臺(tái)高清攝像機(jī)。其中高清攝像機(jī)架設(shè)于實(shí)驗(yàn)段的正上方，實(shí)時(shí)拍攝流動(dòng)畫面。
[0018]在水支路中，采用變頻器與離心泵結(jié)合的方法，來(lái)模擬實(shí)際工業(yè)設(shè)備和系統(tǒng)中的脈動(dòng)流。
[0019]染色劑回路與水支路互為旁路，染色劑注入量與水流量相耦合。
[0020]染色劑回路上有兩個(gè)控制閥門，通過(guò)兩閥門相互配合來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)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(gè)可密封的孔，用以添加染色劑和密封油。
[0023]結(jié)合圖1，本系統(tǒng)包括水支路、染色劑支路、實(shí)驗(yàn)段和采集系統(tǒng)四個(gè)部分。其中水支路中的主要設(shè)備包括帶有排污管2的水箱1、離心泵3、變頻器4、止回閥5、液體流量計(jì)6和溫度計(jì)7 ;染色劑支路中的主要設(shè)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(shí)驗(yàn)段部分主要包括試驗(yàn)段13，差壓變送器14以及注入針頭16 ;采集系統(tǒng)部分主要包括一臺(tái)高清攝像機(jī)15、一臺(tái)電腦18和一套數(shù)據(jù)采集板17，其中高清攝像機(jī)15架設(shè)于實(shí)驗(yàn)段的正上方，實(shí)時(shí)拍攝流動(dòng)畫面。儲(chǔ)存在水箱I中的水被離心泵3抽送進(jìn)實(shí)驗(yàn)回路，經(jīng)過(guò)液體流量計(jì)6和溫度計(jì)7后進(jìn)入試驗(yàn)段13 ;與此同時(shí)，儲(chǔ)存在染色劑注入裝置11中的染色劑經(jīng)注入控制閥12進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段13。最后兩者混合返回水箱I循環(huán)使用，一段時(shí)間后經(jīng)過(guò)排污閥2將被污染的水放走，換上干凈的水。
[0024]結(jié)合圖2，在本發(fā)明中，采用離心泵3與變頻器4結(jié)合的方法，來(lái)模擬實(shí)際工業(yè)設(shè)備和系統(tǒng)中的脈動(dòng)流。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先由電腦中的正弦波生成軟件生成一個(gè)正弦波信號(hào)傳送給變頻器4，然后變頻器4就會(huì)按照所接受的正弦信號(hào)控制離心泵3，使其轉(zhuǎn)速按照正弦波的形式變化，而流量與離心泵3的轉(zhuǎn)速是成正比的，由此得到實(shí)驗(yàn)所需的脈動(dòng)流。
[0025]結(jié)合圖3，在本發(fā)明中，水支路中的水由注入裝置入口 19進(jìn)入注入裝置，通過(guò)9、10傳壓，將11中的染色劑溶液通過(guò)裝置出口 20、注入控制閥門12壓入試驗(yàn)段13。
[0026]結(jié)合圖4，本發(fā)明中，液體流量計(jì)6和差壓變送器14所測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)，均由數(shù)據(jù)采集板17采集，并同高清攝像機(jī)15所拍攝的流動(dòng)畫面一起存入電腦18中待處理。
【權(quán)利要求】
1.一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)，包括水支路、染色劑支路、實(shí)驗(yàn)段和采集系統(tǒng)四個(gè)部分，水支路包括帶有排污管的水箱(I)、離心泵(3)、止回閥(5)、變頻器(4)、溫度計(jì)(7)和流量計(jì)(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(shí)驗(yàn)段包括試驗(yàn)段(13)，差壓變送器(14)以及注入針頭(16)，采集系統(tǒng)包括高清攝像機(jī)(15)、計(jì)算機(jī)(18)和一套數(shù)據(jù)采集板(17)，其特征在于:儲(chǔ)存在水箱(I)中的水被由變頻器控制的離心泵抽送，經(jīng)過(guò)液體流量計(jì)和溫度計(jì)后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段(13);儲(chǔ)存在染色劑注入裝置(11)中的染色劑經(jīng)注入控制閥(12)和注入針頭(16)進(jìn)入試驗(yàn)段(13);試驗(yàn)段(13)的兩端安裝差壓變送器(14)，高清攝像機(jī)(15)架設(shè)于試驗(yàn)段的正上方，流量計(jì)(6)和差壓變送器(14)測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)，均由數(shù)據(jù)采集板(17)采集，同高清攝像機(jī)(15)拍攝的流動(dòng)畫面一起存入計(jì)算機(jī)(18)中待處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的試驗(yàn)段(13)是一個(gè)水平放置的能夠儲(chǔ)存液體的柱體容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于: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(gè)連接的腔體，水支路中的水由注入裝置入口(19)進(jìn)入染色劑注入裝置的右半部分進(jìn)行傳壓，將右半部分中的染色劑溶液通過(guò)裝置出口(20)、注入控制閥門(12)壓入試驗(yàn)段(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:在左、右兩部分的染色劑溶液和水之間還裝有不溶于水和染色劑溶液的密封油。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:染色劑注入裝置的左、右兩部分的頂端有用于添加溶劑的可密封通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于脈動(dòng)流流態(tài)轉(zhuǎn)捩可視化研究的實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:染色劑回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(hào)】G01M10/00GK103512723SQ201310459930
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】譚思超, 王嘯宇, 楊征, 李少丹, 莊乃亮 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)