CN101216434B - 冰晶颗粒吸收率测试仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明一种冰晶颗粒吸收率测试仪器，包括：气源、水源、合成实验段和摄影测试段；气源包括变频器、鼓风机、整流段和出水喷雾段；变频器与鼓风机相连，鼓风机的出口接整流段，整流段另一端连接出水喷雾段；水源包括压气机、压力水罐、水路连接管道、气路连接管道、气动喷嘴；压气机通过出气口与压力水罐相接，气路连接管道一端与出气阀连接，另一端连接气动喷嘴上部的气动喷嘴气路入口，水路连接管道一端连接出水阀，另一端连接气动喷嘴下部的气动喷嘴水路入口；合成实验段由出水喷雾段和观察实验段组成；摄影测试段由试验件、摄像机组成。本发明在不破坏冰层情况下，准确实时测试冰风洞中冰晶颗粒打在物体上不同部位的吸收率，并对数据进行分析。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及一种冰晶颗粒吸收率测试仪器，属于主要用于航空领域中测试含冰晶颗粒的流动气体打在物体上的冰晶颗粒吸收率的测试仪器。
(二)背景技术：
冰风洞里的气体是含有冰晶颗粒的低温气体，气体打在仪器或装置上会形成冰层。但是目前国际上还没有一种装置或仪器能够测试冰风洞中冰晶颗粒打在物体上的吸收率，相关研究只能通过理论计算来推测，而无法实际测试到物体不同位置的吸收率。
(三)发明内容：
本发明的目的在于：提供一种冰晶颗粒吸收率测试仪器，以测试含冰晶颗粒的流动气体打在物体上的冰晶颗粒吸收率。
本发明为一种冰晶颗粒吸收率测试仪器，其技术方案为：该仪器是利用摄像机拍摄技术，拍摄含有有色颜料的水颗粒打在涂有白色硅胶的物体上动态变化录像，并通过分析录像中物体上白色硅胶的颜色变化得到打在物体上不同部位的颗粒吸收率。
如图1所示，本发明冰晶颗粒吸收率测试仪器，其包括4部分：气源、水源、合成实验段和摄影测试段。
气源由变频器、鼓风机、整流段和出水喷雾段组成；变频器与鼓风机相连，鼓风机的出口接有整流段，整流段的另一端连接出水喷雾段。
气源是通过调节变频器控制鼓风机提供实验研究所需流量大小的气体；由于鼓风机出口是长方形，需通过整流段整流，同时将气体出口变成圆形。
水源由压气机、压力水罐、水路连接管道、气路连接管道、气动喷嘴和喷嘴连接配件组成；为很好地控制罐内压力，在压力水罐上安装有压力表、进水口、出气口、出气阀、出水阀和液位计，如图2所示；其中压气机通过出气口与压力水罐相接，气路连接管道一端与出气阀连接，另一端连接气动喷嘴上部的气动喷嘴气路入口，水路连接管道一端连接出水阀，另一端连接气动喷嘴下部的气动喷嘴水路入口。
其中，压力水罐只要能承受0.5Mpa压力即可，水源中的水添加有色颜料。
水源是压气机生成的有压气体进入压力水罐后，以相同的压力使压力水罐内有颜色的水和气体流出，分别从气动喷嘴的水路入口和气路入口进入，喷出试验所需水颗粒。使气动喷嘴的水路入口和气路入口有相同压力，能很好地控制气动喷嘴喷出的水颗粒度。
合成实验段由出水喷雾段和观察实验段组成；其中出水喷雾段由不锈钢制成，厚为3mm，内径140mm；观察实验段由有机玻璃制成，厚为10mm，内径140mm，出水喷雾段和观察实验段通过法兰连接。
合成实验段是气源的气体通过整流段与出水喷雾段的有色水颗粒混合后，在观察实验段流动的过程中，充分混合，并迅速生成含均匀有色水颗粒的气体，喷在预先涂有一层薄层层析硅胶的试验件上。
摄影测试段由试验件、摄像机和摄像机组成；其中，两台摄像机对称分布于试验件两侧。
摄影测试段是用两台对称分布的摄像机和摄像机拍摄含有有色水颗粒的气体在喷在试验件上的白色硅胶变色过程，通过对采集到的图像信息进行色度分析，计算出试验件的冰晶颗粒吸收率。
其中，该仪器的图像分析软件计算试件的吸收率，并将不同角度的两台摄像机测得的图像进行对比分析，从而得出经过校正的试验件的吸收率。
本发明一种冰晶颗粒吸收率测试仪器，其优点及功效在于：可以在不破坏冰层的情况下，能准确地实时测试冰风洞中冰晶颗粒打在物体上不同部位的吸收率，并能对相关数据进行分析。
(四)附图说明：
图1.本发明所用装置结构示意图
图2.压力水罐结构示意图
图3.出水喷雾段结构示意图
图4.图像分析流程图
图中具体标号如下：
A.气源 B.水源 C.合成实验段
D.摄影测试段
1.鼓风机 2.整流段 3.出水喷雾段
4.观察实验段 5.实验件 6.压气机
7.压力水罐 8.变频器 9.水路连接管道
10.气路连接管道路 11.气动喷嘴 12.摄像机
13.摄像机 14.压力表 15.进水口
16.出气 17.出气阀 18.出水阀
19.液位计 20.气动喷嘴水路入口 21.气动喷嘴气路入口
(五)具体实施方式：
本发明一种冰晶颗粒吸收率测试仪器，该仪器由4部分集成：气源A、水源B、合成实验段C和摄影测试段D。气源A和水源B分别提供试验所需的一定量空气和水颗粒，在合成实验段C合成生成含均匀有色水颗粒的气体，并利用摄影测试段测D试有色水颗粒打在测试杆上的颜色变化情况，分析得到打在物体上的水颗粒吸收率。
下面结合附图，对本发明的一种冰晶颗粒吸收率测试仪器作进一步的说明：
气源A主要是提供实验所需的一定流量的空气。如图1所示，气源A由变频器8、鼓风机1、整流段2和出水喷雾段3组成；变频器8与鼓风机1相连，鼓风机的出口接有整流段2，整流段2的另一端连接出水喷雾段3。其中整流段2由不锈钢制成，厚为3mm。气源A通过调节变频器8控制鼓风机1提供实验研究所需的一定流量的气体，通常气体流量范围为300～700L/s。由于鼓风机1出口是长方形，需通过整流段2整流，使气体从整流段2流出后变得均匀流畅。
水源B主要是提供实验所需的颗粒度较小的有色水颗粒(颗粒度通常为20μm)。如图1、2所示，水源B由压气机6、压力水罐7、水路连接管道9、气路连接管道10、气动喷嘴11和喷嘴连接配件组成。为很好地控制罐内压力，在压力水罐7上安装有压力表14、进水口15、出气口16、出气阀17、出水阀18和液位计19，如图2所示；其中压气机6通过出气口16与压力水罐7相接，气路连接管道10一端与出气阀17连接，另一端连接气动喷嘴11上部的气动喷嘴气路入口21，水路连接管道9一端连接出水阀18，另一端连接气动喷嘴11下部的气动喷嘴水路入口20。水源B是压气机6生成的有压气体进入压力水罐7后，以相同的压力使压力水罐7内的有颜色的水和气体流出，分别从气动喷嘴11的水路入口20和气路入口21进入气动喷嘴11，通过气动喷嘴11生成试验所需的颗粒度为20μm左右有颜色的水颗粒。其中压力水罐7只要能承受0.5Mpa压力即可，水源中的水添加有色颜料。为得到稳定的水颗粒，本发明采用压力水罐7同时提供气动喷嘴11所需的有压气体和水，这样能很好地控制气动喷嘴11喷出的水流量和喷水颗粒度。
合成实验段C主要是将气源A和水源B提供的空气和水颗粒充分混合，生成含有色水颗粒的空气。如图1所示，合成实验段C由出水喷雾段3和观察实验段4组成。其中出水喷雾段3由不锈钢制成，厚为3mm，内径140mm；观察实验段4由有机玻璃制成，厚为10mm，内径140mm，出水喷雾段3和观察实验段4通过法兰连接。气源A的气体通过整流段2与出水喷雾段3的有色水颗粒混合后，在观察实验段4流动的过程中，充分混合，并迅速生成含均匀有色水颗粒的气体，喷在预先涂有一层薄层层析硅胶的试验件5上，形成深浅不同的颜色。
摄影测试段D是将有色水颗粒打在试验件上的情况动态记录下来，并分析色度变化推算出水颗粒的吸收率。如图1所示，摄影测试段D由摄像机12、摄像机13和试验件5组成。试验件5上预先涂有一层薄层层析硅胶来吸收染料，含有有色水颗粒气体从观察实验段4吹在试验件5上，试验件5从中间的深色到两边变成浅色。两台摄像机12和摄像机13以气体流动方向为中线对称分布，与气体流动方向分别成120°角。由于角度限制，一台摄像机不能采集试验件正面的所有图像，所以使用两台对称分布、摄像方向与喷水方向分别成120°角的摄像机。摄像机12和摄像机13从喷水开始拍摄试验件5上颜色的变化情况，拍摄到的图像互相补充，经过处理，能够得到试验件5正面白色硅胶变色过程，通过对采集到的图像信息进行色度分析，就可计算得到试验件5的冰晶颗粒吸收率。
本发明一种冰晶颗粒吸收率测试仪器的实施步骤如下：
步骤一、向水源部分的压力水罐7中的进水口17加入一定的染料；
步骤二、在试验件5表面均匀涂一层薄层层析硅胶，并晾干；
步骤三、打开变频器8、鼓风机1和气动喷嘴11，获得含有有色水颗粒的气体；
步骤四、打开摄像机12和摄像机13进行图像采集；
步骤五、将试验件5放入整流观察段4前面收集有色水颗粒；
步骤六、有色水颗粒与试验件5接触，当试验件5表面的硅胶变色后，移开试验件5；
步骤七、关闭水源B，关闭摄像机12和摄像机13，进行数据导出，利用图像分析软件处理图像信息，计算出试验件5的吸收率。
其中，图像分析软件是Matlab软件平台下二次开发的程序。该软件的流程框图如图4所示，该软件的流程说明如下：
(1)读取图像文件；
(2)从图像文件中截取试验件部分图像；
(3)如试验件图像与屏幕不垂直，需将图像旋转一定角度使图像垂直于屏幕；
(4)读取染色的子区域的数量和色度等信息；
(5)计算试验件的吸收率，并将不同角度的两台摄像机测得的图像进行对比分析，从而得出校正后的试验件的试验件的吸收率；
(6)输出结果。
Claims (8)
1.一种冰晶颗粒吸收率测试仪器，包括四部分：气源、水源、合成实验段和摄影测试段；其特征在于：
气源由变频器、鼓风机、整流段和出水喷雾段组成；变频器与鼓风机相连，鼓风机的出口接有整流段，整流段的另一端连接出水喷雾段；
水源由压气机、压力水罐、水路连接管道、气路连接管道、气动喷嘴和喷嘴连接配件组成；在压力水罐上安装有压力表、进水口、出气口、出气阀、出水阀和液位计；其中压气机通过出气口与压力水罐相接，气路连接管道一端与出气阀连接，另一端连接气动喷嘴上部的气动喷嘴气路入口，水路连接管道一端连接出水阀，另一端连接气动喷嘴下部的气动喷嘴水路入口；该气动喷嘴设置于出水喷雾段中；
合成实验段由出水喷雾段和观察实验段组成；出水喷雾段和观察实验段通过法兰连接；
该合成实验段是气源的气体通过整流段与出水喷雾段的有色水颗粒混合后，在观察实验段流动的过程中，充分混合，并迅速生成含均匀有色水颗粒的气体，喷在预先涂有一层薄层层析硅胶的试验件上；
摄影测试段由试验件、两台摄像机组成。
2.根据权利要求1所述的冰晶颗粒吸收率测试仪器，其特征在于：该气源是通过调节变频器控制鼓风机提供实验研究所需流量大小的气体。
3.根据权利要求1所述的冰晶颗粒吸收率测试仪器，其特征在于：该水源是压气机生成的有压气体进入压力水罐后，以相同的压力使压力水罐内的有颜色的水和气体流出，分别从气动喷嘴的水路入口和气路入口进入，喷出试验所需水颗粒。
4.根据权利要求1所述的冰晶颗粒吸收率测试仪器，其特征在于：该出水喷雾段由不锈钢制成，厚为3mm，内径140mm。
5.根据权利要求1所述的冰晶颗粒吸收率测试仪器，其特征在于：该观察实验段由有机玻璃制成，厚为10mm，内径140mm。
6.根据权利要求1所述的冰晶颗粒吸收率测试仪器，其特征在于：该两台摄像机对称分布于试验件两侧，摄像机摄像方向与喷水方向分别成120°角。
7.根据权利要求1所述的冰晶颗粒吸收率测试仪器，其特征在于：该摄影测试段是用两台对称分布的摄像机拍摄含有有色水颗粒的气体在喷在试验件上的白色硅胶变色过程，通过对采集到的图像信息进行色度分析，计算出试验件的冰晶颗粒吸收率。
8.根据权利要求1所述的冰晶颗粒吸收率测试仪器，其特征在于：该仪器的图像分析软件计算试件的吸收率，并将不同角度的两台摄像机测得的图像进行对比分析，从而得出经过校正的试验件的吸收率。
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