CN103472062B - 一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台，包括泵站、水箱和试验段，所述的泵站、水箱和试验段相互通过水管和法兰等连接，水箱内部设有隔离板，试验段由上板、底板、后板和前板组成的一个横截面为方形的流体通道，试验段设有前、后、上三个观察窗并在底板设有扰流物。本发明具有结构简单、运转平稳、空蚀强度连续可调，扰流物形状可调、且扰流物和试件之间的距离可调，实验操作简单，扰流物诱导空化的性能效果较好，扰流物附近空泡群的产生区域和动力学特性易观测的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种空化空蚀实验平台，具体是一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台。
背景技术
空化现象是液体从液相变成气相的相变过程，由于空化、空蚀是微观瞬时、随机、多相的复杂现象，而且空化涉及国防宇航、化工、生物和医学等众多的领域，因此对研究空化与空蚀现象的发生机理和抑制空蚀的技术方法具有深远的理论意义和重大的现实价值；然而，到目前为止，有关空化和空蚀的理论还没有完整的体系，许多问题尚待进一步研究和探索。
目前研究材料的抗空蚀性能通常有两种方式，一种是对某种材料进行现场原型实验，但试验历时较长，也不经济；同时由于现场环境的复杂性，困难较大；另一种是利用室内实验设备进行模拟实验，也称为快速空蚀实验，并可将其结果与现场资料进行对比；常用室内空蚀实验设备有磁致伸缩仪、旋转圆盘空蚀设备、水滴冲蚀设备、超声波空化设备、激光空化实验等。这些实验设施只能在空蚀一段时间后观察材料表面的空蚀情形，很难观测空蚀过程中空泡群的产生区域和动态特性；此外，为了保证实验的连续性，实验过程中不能频繁取出实验材料，只能大致分析某一时间段内的空蚀的发生程度，而该时间段内的空蚀情况则无法进行定量的分析。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台，运转平稳、能够连续调整空蚀强度，调节扰流物形状以及调节扰流物和试件之间的距离。
本发明采用的技术方案是：一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台，包括泵站、水箱和试验段，所述的泵站、水箱和试验段相互通过水管和法兰连接，泵站内置变频器，水箱内部设有隔离板，其特征在于，所述的试验段由上板、底板、后板和前板组成的一个横截面为方形的流体通道，所述的上板截面为T型，上板中部内置上层玻璃，所述的上层玻璃采用四棱台结构，所述的上板上侧设有用于固定上玻璃的上压板，上压板通过螺钉与上板固定，上压板与上层玻璃的对应处开有观察窗，所述的底板截面为倒T型，分为两段，前段底板上设有扰流物，扰流物用螺钉固定，后段底板用于放置试件；所述的前板为两块分离的板，截面为T形，两块分离的板之间内嵌前玻璃，通过方框状的前压板来固定玻璃并连接分离的板，前压板用螺钉固定在前板上，前玻璃的外侧与前压板贴合，前方框状的压板与前玻璃对应处开有与流道等高的观察窗；所述的后板为两块分离的板，截面为T形，两块分离的板之间内嵌后玻璃，通过方框状的后压板来固定玻璃并连接分离的板，后压板用螺钉固定在后板上，后玻璃的外侧与后压板贴合，后方框状的压板与后玻璃对应处开有与流道等高的观察窗。
进一步改进，所述的试验段连接泵站侧设有缓冲段和整流格栅。
进一步改进，所述的试验段两侧各设有方转圆接头和压力表。
进一步改进，所述的试验段和水箱之间设有流量控制阀。
进一步改进，所述的缓冲段与泵站之间设有流量计和安全阀。
进一步改进，所述的流量计两侧各设有流量控制阀。
进一步改进，水箱通过回流管连接流量计和安全阀之间的管道，回流管还设有流量控制阀。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明所需的设备数量较少，部件易于加工和获取，成本低廉，操作工艺简单，实验空蚀效果稳定；整个实验系统部件之间采用管道和法兰连接，使得整个回路部件前后顺序以及液路流向信息能够直观地展示出来，便于拆卸和维修；水箱的入水口和出水口之间用隔离板隔开，降低入水口水流的流速和温度，减少其对实验的影响；通过变频调速器可以控制主流的流速和流量，改变试验段的流量流速；根据流量计和压力表可以通过调节变频器和流量阀精确地控制试验段的压力和流量，提高实验的精确性；在空蚀试验段前增加缓冲水箱和整流格栅，可以有效地减少流入试验段水流的湍流强度，使来流稳定地进入试验段；扰流物通过螺钉组固定在试验段底板上，易拆装也方便更换；试验段的底板分段并采用阶梯和螺钉固定密封，可以更方便快捷地更换扰流物和放置固定试件，提高实验效率；试验段的观测窗口的石英玻璃采用压板等方式固定，上板的石英玻璃采用四棱台结构，上板和底板采用T形结构用于侧面石英玻璃的定位和固定，这些设计保证试验段流体流动的平稳，降低实验中试验段内不平整对流场的扰动从而影响实验效果；试验段的空蚀区域用石英玻璃代替不锈钢方便地观测试件表面的空蚀程度及空蚀区的泡群特性。
附图说明
图1是本发明的系统整体分布简图；
图2是本发明试验段的主视图；
图3是图2沿C-C线的剖视图；
图4是图3沿B-B线的剖视图。
图中：1、试验段，2、泵站，3、水箱，4、缓冲段，5、流量计，6、整流格栅，11、上压板，12、上层玻璃，13、上板，14、底板，15、扰流物，16、扰流物固定螺钉组，17、底板阶梯密封固定螺钉组，18、后板，19、前板，110、后压板，111、后玻璃，112、前压板，113、前玻璃。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台，包括泵站2、水箱3和试验段1，所述的泵站2、水箱3和试验段1相互通过水管连接，水箱3内部设有隔离板，泵站2内置变频器，如图2、图3和图4所示，所述的试验段1由上板13、底板14、后板18和前板19组成的横截面为方形的流体通道，所述的上板13的截面为T形，上板13中部内置上层玻璃12，所述的上层玻璃12采用四棱台结构，上板13上侧还设有用于固定上玻璃12的上压板11，上压板11通过螺母与上板13固定，上压板11与上层玻璃12的对应处开有观察窗，所述的底板14截面为倒T型，并分为前后两段，前段底板14上设有扰流物15，扰流物15通过扰流物固定螺钉组16固定在底板14上，另外为了更好的固定效果，扰流物15还通过底板阶梯密封固定螺钉组17固定在底板14上，后段底板14用于固定试件。所述的前板19为两块分离的板，截面为T形，通过方框状的前压板112固定玻璃并连接分离的前板19，所述的后板18与前板19一样为两块分离的板，截面为T形，通过方框状的后压板110固定连接后板18，前板19内置前玻璃113，后板18内置后玻璃111，前玻璃113的外侧与前压板112贴合，后玻璃111的外侧与后压板110贴合，方框状的前压板112、后压板110分别与前玻璃113、后玻璃111的对应处开有与流道等高的观察窗。
另一种实施例，在所述的试验段1连接泵站2侧设有缓冲段4和整流格栅6。
另一种实施例，在所述的试验段1两侧各设有方转圆接头和压力表。
另一种实施例，在所述的试验段1和水箱3之间设有流量控制阀。
另一种实施例，在所述的缓冲段4与泵站2之间设有流量计5和安全阀。
另一种实施例，在所述的流量计5两侧各设有流量控制阀。
另一种实施例，在水箱3还设有连接流量计5和安全阀之间管道的回流管，回流管还设有流量控制阀。
使用时，启动泵站2，通过调整变频器调节泵的出口流量，调节水箱3回流管上的阀门来调整流向试验段1的水的流量，调整流量控制阀来控制流入试验段1的水量等措施实现对试验段中水流的流速和压力的控制，实验过程中，水的流量和压力根据流量计、压力表来检测，试验段内泡群的产生区域和空泡动力学特征通过高速摄影装置观测，并将观测的图像直接传输到计算机上，用数据处理软件进行处理并形成实验报告，实验进行一段时间后，可以取出试件对其表面形貌进行观测，得出该段时间内试件的空蚀效果图；采用该装置可以综合研究流体中泡群的特性和试件表面的空蚀效果。
Claims (7)
1.一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台，能够连续调整空蚀强度，调节扰流物形状以及调节扰流物和试件之间的距离，包括泵站、水箱和试验段，所述的泵站、水箱和试验段相互通过水管和法兰连接，泵站内置变频器，水箱内部设有隔离板，其特征在于，所述的试验段由上板、底板、后板和前板组成的一个横截面为方形的流体通道，所述的上板截面为T型，上板中部内置上层玻璃，所述的上层玻璃采用四棱台结构，所述的上板上侧设有用于固定上玻璃的上压板，上压板通过螺钉与上板固定，上压板与上层玻璃的对应处开有观察窗，所述的底板截面为倒T型，分为两段，前段底板上设有扰流物，扰流物用螺钉固定，后段底板用于放置试件；所述的前板为两块分离的板，截面为T形，两块分离的板之间内嵌前玻璃，通过方框状的前压板来固定玻璃并连接分离的板，前压板用螺钉固定在前板上，前玻璃的外侧与前压板贴合，前方框状的压板与前玻璃对应处开有与流道等高的观察窗；所述的后板为两块分离的板，截面为T形，两块分离的板之间内嵌后玻璃，通过方框状的后压板来固定玻璃并连接分离的板，后压板用螺钉固定在后板上，后玻璃的外侧与后压板贴合，后方框状的压板与后玻璃对应处开有与流道等高的观察窗。
2.根据权利要求1所述的一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台，其特征在于，所述的试验段连接泵站侧设有缓冲段和整流格栅。
3.根据权利要求1所述的一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台，其特征在于，所述的试验段两侧各有方转圆接头并各设有一个压力表。
4.根据权利要求1所述的一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台，其特征在于，所述的试验段和水箱之间设有流量控制阀。
5.根据权利要求2所述的一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台，其特征在于，所述的缓冲段与泵站之间设有流量计和安全阀。
6.根据权利要求5所述的一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台，其特征在于，所述的流量计两侧各设有流量控制阀。
7.根据权利要求1所述的一种基于水循环系统的空化空蚀实验平台，其特征在于，水箱通过回流管连接流量计和安全阀之间的管道，回流管还设有流量控制阀。
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