本發(fā)明屬于流體強(qiáng)度測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種管道流場(chǎng)旋流強(qiáng)度測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

旋流是一種廣泛存在的流動(dòng)現(xiàn)象，旋流具有與軸向速度量級(jí)相當(dāng)甚至更高數(shù)值的切向速度流場(chǎng)。旋流的產(chǎn)生使流場(chǎng)由單純的軸向流動(dòng)改為軸向流動(dòng)和切向流動(dòng)共同存在，在流場(chǎng)中形成漩渦，工業(yè)上經(jīng)常利用旋流的擾動(dòng)作用實(shí)現(xiàn)物料充分混合或者物料長(zhǎng)距離輸送，在流體輸送、射流技術(shù)、燃燒技術(shù)、旋風(fēng)分離及渦管排沙等領(lǐng)域都有應(yīng)用。

旋流強(qiáng)度是表征旋流強(qiáng)弱程度的無(wú)因次數(shù)，對(duì)旋流的速度分布、卷吸量、擴(kuò)散角、速度衰減都具有較大影響，旋流強(qiáng)度被定義為切向動(dòng)量矩和軸向動(dòng)量矩的比值，采用積分形式得到，通常只能通過(guò)理論計(jì)算和數(shù)值模擬來(lái)確定。在實(shí)際應(yīng)用中，尚未實(shí)現(xiàn)通過(guò)測(cè)量手段確定實(shí)際旋流強(qiáng)度，因此理論計(jì)算和數(shù)值模擬的結(jié)論難以得到驗(yàn)證，限制了工業(yè)中對(duì)旋流的控制和利用，也制約了對(duì)旋流強(qiáng)度的深入研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、能夠通過(guò)測(cè)量手段計(jì)算管道內(nèi)旋流強(qiáng)度的管道流場(chǎng)旋流強(qiáng)度測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種管道流場(chǎng)旋流強(qiáng)度測(cè)量裝置，包括測(cè)量座和測(cè)速儀，測(cè)量座外型為圓筒體結(jié)構(gòu)，測(cè)量座的中心線(xiàn)沿左右水平設(shè)置，測(cè)量座的左端通過(guò)左連接螺母連接有左管道接頭，測(cè)量座的右端通過(guò)右連接螺母連接有右管道接頭，測(cè)量座外壁沿徑向方向開(kāi)設(shè)有通透的插孔，測(cè)量座的外壁固定設(shè)有具有中心通孔的圓柱凸臺(tái)，中心通孔的中心線(xiàn)與插孔的中心線(xiàn)重合，測(cè)速儀由外向內(nèi)依次穿過(guò)中心通孔和插孔并伸入到測(cè)量座內(nèi)，測(cè)速儀外表面沿沿平行于中心通孔的中心線(xiàn)方向設(shè)有徑向刻度條，測(cè)速儀外套設(shè)有位于圓柱凸臺(tái)外端面的夾緊爪，夾緊爪與測(cè)速儀之間設(shè)有密封圈，圓柱凸臺(tái)外部螺紋連接有用于固定夾緊爪的固定螺母，固定螺母的外端面上設(shè)有四條刻度槽，四條刻度槽沿固定螺母的圓周方向均勻布置，其中一條刻度槽的長(zhǎng)度方向沿測(cè)量座的軸向方向設(shè)置；

測(cè)量座的左側(cè)部固定有指針，左管道接頭上沿其圓周方向設(shè)有一圈周向刻度條，指針的左端指向周向刻度條。

固定螺母內(nèi)壁和夾緊爪的外壁配合面為圓錐形結(jié)構(gòu)，夾緊爪沿平行于中心通孔的中心線(xiàn)方向開(kāi)設(shè)有若干緊縮槽孔，緊縮槽孔沿夾緊爪的圓周方向均勻布置。

一種管道流場(chǎng)旋流強(qiáng)度測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括以下步驟：

（1）安裝測(cè)量裝置：將本裝置的左管道接頭與待測(cè)管道的右側(cè)連接，本裝置的右管道接頭與待測(cè)管道的左側(cè)連接，其中測(cè)量座的內(nèi)徑與待測(cè)管道的內(nèi)徑相同；

（2）安裝測(cè)速儀：將測(cè)速儀依次插入中心通孔和插孔并伸入到測(cè)量座內(nèi)，旋緊固定螺母使夾緊爪的緊縮槽孔寬度縮小，從而夾緊測(cè)速儀，此時(shí)刻度槽的其中一條線(xiàn)沿測(cè)量座的軸向方向設(shè)置；

（3）離散化處理旋流強(qiáng)度公式：按照旋流強(qiáng)度的定義，旋流強(qiáng)度的數(shù)值由式，其中R為待測(cè)管道的半徑，r為待測(cè)點(diǎn)距離待測(cè)管道中心線(xiàn)的距離，為待測(cè)點(diǎn)的軸向速度，為待測(cè)點(diǎn)的切向速度；通過(guò)積分確定，將式進(jìn)行離散化處理，得到可以由多個(gè)離散點(diǎn)的軸向速度和切向速度計(jì)算得到旋流強(qiáng)度的式

，其中徑向刻度條的刻度線(xiàn)為N等份，周向刻度條的刻度線(xiàn)為2M等份；

（4）測(cè)量并記錄多個(gè)離散點(diǎn)的軸向速度和切向速度；徑向刻度條的刻度線(xiàn)為1,2，3，……，N，總共為N等份，周向刻度條的刻度線(xiàn)為1,2，3，……，2M，總共2M等份，當(dāng)指針指向周向刻度條的刻度線(xiàn)m，該m=1時(shí)，調(diào)整測(cè)速儀使測(cè)速儀上的徑向刻度條的刻度線(xiàn)n，該n=1，然后讀取并記錄此時(shí)待測(cè)點(diǎn)（m=1，n=1）的軸向速度，之后將測(cè)速儀繞其中心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)90°，得到此時(shí)待測(cè)點(diǎn)（m=1，n=1）的切向速度，并把該切向速度記錄下來(lái)，再次將測(cè)速儀旋轉(zhuǎn)90°；接著調(diào)整測(cè)速儀使測(cè)速儀上的徑向刻度條的刻度線(xiàn)n=2，然后讀取并記錄此時(shí)待測(cè)點(diǎn)（m=1，n=2）的軸向速度，之后將測(cè)速儀繞其中心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)90°，得到此時(shí)待測(cè)點(diǎn)（m=1，n=2）的切向速度，并把該切向速度記錄下來(lái)，再次將測(cè)速儀旋轉(zhuǎn)90°；

重復(fù)上述操作，得到待測(cè)點(diǎn)（m=1，n=3），（m=1，n=4），……，（m=1，n=N）的軸向速度和切向速度，并記錄下來(lái)；

接著旋轉(zhuǎn)測(cè)量座，使指針指向周向刻度條的刻度線(xiàn)m=2，接著重復(fù)上述操作，得到待測(cè)點(diǎn)（m=2，n=1），（m=2，n=2），（m=2，n=3），……，（m=2，n=N）的軸向速度和切向速度，并記錄下來(lái)；

重復(fù)上述操作，依次得到待測(cè)點(diǎn)（m，n）的軸向速度和切向速度；

（5）將所有測(cè)量記錄下來(lái)的待測(cè)點(diǎn)（m，n）的軸向速度和切向速度帶入式，得到待測(cè)管道的旋流強(qiáng)度。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：本裝置將旋流強(qiáng)度的計(jì)算公式進(jìn)行離散化處理，通過(guò)測(cè)量待測(cè)管道截面圓內(nèi)多個(gè)待測(cè)點(diǎn)的軸向速度和切向速度，計(jì)算得到各待測(cè)點(diǎn)的切向動(dòng)量矩和軸向動(dòng)量矩，再進(jìn)行求和計(jì)算，最終得到管道內(nèi)的旋流強(qiáng)度；其中固定螺母內(nèi)壁和夾緊爪的外壁配合面為圓錐形結(jié)構(gòu)，夾緊爪沿平行于中心通孔的中心線(xiàn)方向開(kāi)設(shè)有若干緊縮槽孔，此特殊設(shè)計(jì)使固定螺母夾緊測(cè)速儀；本測(cè)量方法測(cè)量方便，適合在工業(yè)應(yīng)用中推廣和使用。

其中旋流強(qiáng)度測(cè)量裝置采用螺紋與管道進(jìn)行連接，安裝、拆卸方便，可以在管道中任意接頭位置安裝，測(cè)量位置靈活。測(cè)量座可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同角度半徑方向的速度測(cè)量，測(cè)速儀可以通過(guò)徑向伸縮實(shí)現(xiàn)對(duì)不同半徑上待測(cè)點(diǎn)的速度測(cè)量，二者結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)截面圓內(nèi)任意點(diǎn)的速度測(cè)量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便、測(cè)量范圍大等優(yōu)點(diǎn)，與旋流強(qiáng)度離散化計(jì)算公式相結(jié)合，可以較準(zhǔn)確的確定管道流場(chǎng)的旋流強(qiáng)度，能夠?qū)I(yè)應(yīng)用和理論研究提供依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是圖1中A處的放大圖；

圖4是圖2中B處的放大圖；

圖5是待測(cè)點(diǎn)的位置示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-5所示，本發(fā)明的一種管道流場(chǎng)旋流強(qiáng)度測(cè)量裝置，包括測(cè)量座1和測(cè)速儀2，測(cè)速儀2為流速傳感器，為現(xiàn)有常用的測(cè)速儀器，測(cè)量座1外型為圓筒體結(jié)構(gòu)，測(cè)量座1的中心線(xiàn)沿左右水平設(shè)置，測(cè)量座1的左端通過(guò)左連接螺母3連接有左管道接頭4，測(cè)量座1的右端通過(guò)右連接螺母5連接有右管道接頭6，測(cè)量座1外壁沿徑向方向開(kāi)設(shè)有通透的插孔7，測(cè)量座1的外壁固定設(shè)有具有中心通孔10的圓柱凸臺(tái)8，圓柱凸臺(tái)8與測(cè)量座1一體制成，中心通孔10的中心線(xiàn)與插孔7的中心線(xiàn)重合，測(cè)速儀2由外向內(nèi)依次穿過(guò)中心通孔10和插孔7并伸入到測(cè)量座1內(nèi)，測(cè)速儀2外表面沿平行于中心通孔的中心線(xiàn)方向設(shè)有徑向刻度條9，測(cè)速儀2外套設(shè)有位于圓柱凸臺(tái)8外端面的夾緊爪11，夾緊爪11與測(cè)速儀2之間設(shè)有密封圈12，圓柱凸臺(tái)8外部螺紋連接有用于固定夾緊爪11的固定螺母13，固定螺母13的外端面上設(shè)有設(shè)有四條刻度槽14，四條刻度槽14沿固定螺母13的圓周方向均勻布置，其中一條刻度槽14的長(zhǎng)度方向沿測(cè)量座1的軸向方向設(shè)置。

測(cè)量座1的左側(cè)部通過(guò)螺釘17固定有指針15，左管道接頭4上沿其圓周方向設(shè)有一圈周向刻度條16，指針15的左端指向周向刻度條16。

固定螺母13內(nèi)壁和夾緊爪11的外壁配合面為圓錐形結(jié)構(gòu)，夾緊爪11沿平行于中心通孔的中心線(xiàn)方向開(kāi)設(shè)有若干緊縮槽孔，緊縮槽孔沿夾緊爪11的圓周方向均勻布置。

采用管道流場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量裝置進(jìn)行管道流場(chǎng)旋流強(qiáng)度的測(cè)量方法，包括以下步驟：

（1）安裝測(cè)量裝置：將本裝置的左管道接頭4與待測(cè)管道的右側(cè)連接，本裝置的右管道接頭6與待測(cè)管道的左側(cè)連接，其中測(cè)量座1的內(nèi)徑與待測(cè)管道的內(nèi)徑相同；

（2）安裝測(cè)速儀2：將測(cè)速儀2依次插入中心通孔10和插孔7并伸入到測(cè)量座1內(nèi)，旋緊固定螺母13使夾緊爪11的緊縮槽孔寬度縮小，從而夾緊測(cè)速儀2，此時(shí)刻度槽14的其中一條線(xiàn)沿測(cè)量座1的軸向方向設(shè)置；

（3）離散化處理旋流強(qiáng)度公式：按照旋流強(qiáng)度的定義，旋流強(qiáng)度的數(shù)值由式，其中R為待測(cè)管道的半徑，r為待測(cè)點(diǎn)距離待測(cè)管道中心線(xiàn)的距離，為待測(cè)點(diǎn)的軸向速度，為待測(cè)點(diǎn)的切向速度；通過(guò)積分確定，將式進(jìn)行離散化處理，得到可以由多個(gè)離散點(diǎn)的軸向速度和切向速度計(jì)算得到旋流強(qiáng)度的式

，其中徑向刻度條9的刻度線(xiàn)為N等份，周向刻度條16的刻度線(xiàn)為2M等份；

（4）測(cè)量并記錄多個(gè)離散點(diǎn)的軸向速度和切向速度；徑向刻度條9的刻度線(xiàn)為1,2，3，……，N，總共為N等份，周向刻度條16的刻度線(xiàn)為1,2，3，……，2M，總共2M等份，當(dāng)指針15指向周向刻度條16的刻度線(xiàn)m，該m=1時(shí)，調(diào)整測(cè)速儀2使測(cè)速儀2上的徑向刻度條9的刻度線(xiàn)n，該n=1，然后讀取并記錄此時(shí)待測(cè)點(diǎn)（m=1，n=1）的軸向速度，之后將測(cè)速儀2繞其中心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)90°，得到此時(shí)待測(cè)點(diǎn)（m=1，n=1）的切向速度，并把該切向速度記錄下來(lái)，再次將測(cè)速儀2旋轉(zhuǎn)90°；接著調(diào)整測(cè)速儀2使測(cè)速儀2上的徑向刻度條9的刻度線(xiàn)n=2，然后讀取并記錄此時(shí)待測(cè)點(diǎn)（m=1，n=2）的軸向速度，之后將測(cè)速儀2繞其中心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)90°，得到此時(shí)待測(cè)點(diǎn)（m=1，n=2）的切向速度，并把該切向速度記錄下來(lái)，再次將測(cè)速儀2旋轉(zhuǎn)90°；

重復(fù)上述操作，得到待測(cè)點(diǎn)（m=1，n=3），（m=1，n=4），……，（m=1，n=N）的軸向速度和切向速度，并記錄下來(lái)；

接著旋轉(zhuǎn)測(cè)量座1，使指針15指向周向刻度條16的刻度線(xiàn)m=2，接著重復(fù)上述操作，得到待測(cè)點(diǎn)（m=2，n=1），（m=2，n=2），（m=2，n=3），……，（m=2，n=N）的軸向速度和切向速度，并記錄下來(lái)；

重復(fù)上述操作，依次得到待測(cè)點(diǎn)（m，n）的軸向速度和切向速度；

（5）將所有測(cè)量記錄下來(lái)的待測(cè)點(diǎn)（m，n）的軸向速度和切向速度帶入式，得到待測(cè)管道的旋流強(qiáng)度。

本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。