本發(fā)明涉及一種用于觀測(cè)空泡成長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置，屬于流體力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

所謂空化，是指液體內(nèi)局部壓力降低時(shí)，液體內(nèi)部或液固交界面上蒸氣或氣體的空穴(空泡)的形成、發(fā)展和潰滅的現(xiàn)象。現(xiàn)代工程技術(shù)中空化流動(dòng)經(jīng)常發(fā)生在高精尖設(shè)備的微細(xì)流道中，因?yàn)榭栈F(xiàn)象的產(chǎn)生，原先純液體潤(rùn)滑設(shè)備工作的穩(wěn)定性和可靠性都會(huì)發(fā)生變化。尤其在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，滑動(dòng)軸承的承載能力與潤(rùn)滑油的特性息息相關(guān)。對(duì)為了深入研究空化的機(jī)理和過程，除了理論分析，還需要通過可視化手段，觀測(cè)到空化的成長(zhǎng)過程，以便對(duì)理論研究進(jìn)行修正和指導(dǎo)。目前空泡的可視化主要是針對(duì)空管內(nèi)液體水的流動(dòng)進(jìn)行，由于水的粘度低且空泡形成速度快，觀測(cè)誤差較大。在傳統(tǒng)的觀測(cè)過程中，要想得到空泡需要進(jìn)行減壓、加熱或者布置流道，同時(shí)為了觀測(cè)到較為準(zhǔn)確的現(xiàn)象，對(duì)高速攝影機(jī)的性能有較高要求，實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜、成本較高。本發(fā)明基于這樣的事實(shí)，得到一種可用于觀測(cè)空泡成長(zhǎng)過程的實(shí)驗(yàn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可用于觀測(cè)空泡成長(zhǎng)過程的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置利用超聲空化原理以及攝像采集對(duì)潤(rùn)滑油中空泡成長(zhǎng)過程進(jìn)行可視化研究。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種用于觀測(cè)空泡成長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)平臺(tái)，所述試驗(yàn)平臺(tái)上設(shè)有超聲波發(fā)射器，所述超聲波發(fā)射器的上方放置有透明容器，所述透明容器位于超聲波發(fā)射器發(fā)射口的正上方，透明容器內(nèi)含有一定體積的潤(rùn)滑油；還包括焦距對(duì)準(zhǔn)在透明容器上的攝像機(jī)；其中，所述超聲波發(fā)射器的發(fā)射功率為30w，發(fā)射時(shí)間為2～8min；潤(rùn)滑油對(duì)應(yīng)動(dòng)力粘度為10cp～60cp，在這樣的粘度范圍內(nèi)能夠觀測(cè)更為細(xì)致。

其中，潤(rùn)滑油為32號(hào)汽輪機(jī)油。

其中，所述透明容器呈上下兩端開口的長(zhǎng)方體。

其中，所述透明容器為有機(jī)玻璃透明容器。

其中，所述透明容器內(nèi)潤(rùn)滑油的體積為透明容器體積的1/5～1/3。

其中，所述超聲波發(fā)射器的發(fā)射功率為100w，發(fā)射時(shí)間為2～8min。

其中，所述超聲波發(fā)射器的發(fā)射功率為300w，發(fā)射時(shí)間為2～8min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有的有益效果為：

本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用潤(rùn)滑油粘度大，空泡成長(zhǎng)和上升慢的特點(diǎn)，能夠更為準(zhǔn)確的拍攝到空泡成長(zhǎng)的過程，同時(shí)通過調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射器的頻率，對(duì)容器中空泡的數(shù)量進(jìn)行主動(dòng)控制，從而進(jìn)一步提高了觀測(cè)準(zhǔn)確度，降低觀測(cè)成本，進(jìn)而能夠更好的研究氣泡成長(zhǎng)規(guī)律，完善空泡動(dòng)力學(xué)理論。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明用于觀測(cè)空泡成長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)原理圖；

圖2為本發(fā)明用于觀測(cè)空泡成長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)裝置的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于此。

如圖1～2所示，本發(fā)明用于觀測(cè)空泡成長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)平臺(tái)1，試驗(yàn)平臺(tái)1上設(shè)有超聲波發(fā)射器2，超聲波發(fā)射器2的上方放置有透明容器3，透明容器3為有機(jī)玻璃透明容器，透明容器3呈上下兩端開口的長(zhǎng)方體，透明容器3位于超聲波發(fā)射器2發(fā)射口的正上方；透明容器3內(nèi)含有一定體積的潤(rùn)滑油4，透明容器3內(nèi)潤(rùn)滑油4的體積為透明容器3體積的1/5～1/3；本發(fā)明用于觀測(cè)空泡成長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置還包括焦距對(duì)準(zhǔn)在透明容器3上的攝像機(jī)5，攝像機(jī)5放置在試驗(yàn)平臺(tái)1旁邊的三腳架6上。

打開超聲波發(fā)射器2，將其功率調(diào)整為30w，此時(shí)超聲波發(fā)生器2打開即可看到氣泡產(chǎn)生，先將發(fā)射時(shí)間設(shè)定為2min，通過肉眼可以看到氣泡的生長(zhǎng)和聚合過程，氣泡在成長(zhǎng)和上升過程中，存在多個(gè)小氣泡聚合為一個(gè)大氣泡過程，且當(dāng)氣泡到達(dá)透明容器3壁面和潤(rùn)滑油4液面時(shí)，不會(huì)立即破裂，而是先附著和游離，隨后破裂，整個(gè)過程肉眼清晰可見；超聲波發(fā)射器2繼續(xù)發(fā)射氣泡，打開聚焦在透明容器3上的攝影機(jī)5進(jìn)行拍攝，將超聲波發(fā)射器2的發(fā)射工作時(shí)間設(shè)定為8min，記錄此過程中透明容器3中氣泡的變化；將攝像機(jī)6拍攝到的氣泡圖形用圖形分析軟件進(jìn)行分析。

將超聲波發(fā)射器2的發(fā)射功率調(diào)整為100w，先將發(fā)射時(shí)間設(shè)定為2min，通過肉眼觀察氣泡的生長(zhǎng)和聚合過程，然后再打開聚焦在透明容器3上的攝影機(jī)6進(jìn)行拍攝，此時(shí)將超聲波發(fā)射器2的發(fā)射工作時(shí)間設(shè)定為8min，記錄此過程中透明容器3中氣泡的變化；將攝像機(jī)6拍攝到的氣泡圖形用圖形分析軟件進(jìn)行分析。

將超聲波發(fā)射器2的發(fā)射功率調(diào)整為300w，先將發(fā)射時(shí)間設(shè)定為2min，通過肉眼觀察氣泡的生長(zhǎng)和聚合過程，然后再打開聚焦在透明容器3上的攝影機(jī)6進(jìn)行拍攝，此時(shí)將超聲波發(fā)射器2的發(fā)射工作時(shí)間設(shè)定為8min，記錄此過程中透明容器3中氣泡的變化；將攝像機(jī)6拍攝到的氣泡圖形用圖形分析軟件進(jìn)行分析。

當(dāng)超聲波發(fā)射器2的發(fā)射功率為100w和300w時(shí)，可以看到，發(fā)射功率越大，產(chǎn)生同一數(shù)量級(jí)的氣泡所需時(shí)間越短。

本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置利用潤(rùn)滑油4粘度比水大得多，其空泡的形成速度慢，因此在可視化過程中，可以較好的觀測(cè)到氣泡的成長(zhǎng)過程；通過調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射器2可的發(fā)射頻率和發(fā)射工作時(shí)間，可以改變空泡產(chǎn)生的速率和數(shù)量，改變空泡產(chǎn)生的速率和數(shù)量一來(lái)可以根據(jù)不同攝像機(jī)選用最佳的空泡產(chǎn)生速率，空泡產(chǎn)生過快不利于記錄，空泡產(chǎn)生過慢，同樣時(shí)間內(nèi)記錄的數(shù)據(jù)較少不利于分析；二來(lái)可以探究超聲波對(duì)潤(rùn)滑油空化效應(yīng)的定量影響；還可以通過不同的空泡產(chǎn)生率，對(duì)比分析不同空泡數(shù)量下的空泡行為。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于觀測(cè)空泡成長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)平臺(tái)，所述試驗(yàn)平臺(tái)上設(shè)有超聲波發(fā)射器，所述超聲波發(fā)射器的上方放置有透明容器，所述透明容器位于超聲波發(fā)射器發(fā)射口的正上方，透明容器內(nèi)含有一定體積的潤(rùn)滑油；還包括焦距對(duì)準(zhǔn)在透明容器上的攝像機(jī)；其中，所述超聲波發(fā)射器的發(fā)射功率為30W，發(fā)射時(shí)間為2～8min。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用潤(rùn)滑油粘度大，空泡成長(zhǎng)和上升慢的特點(diǎn)，能夠更為準(zhǔn)確的拍攝到空泡成長(zhǎng)的過程，同時(shí)通過調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射器的頻率，對(duì)容器中空泡的數(shù)量進(jìn)行主動(dòng)控制，從而進(jìn)一步提高了觀測(cè)準(zhǔn)確度。

技術(shù)研發(fā)人員：邢海波;郭瑞;傅行軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.20
技術(shù)公布日：2017.08.18