CN103512723B - 一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统 - Google Patents

一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于流体力学、流态转捩领域，具体涉及的是一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统。一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统，包括水支路、染色剂支路、实验段和采集系统四个部分，水支路包括带有排污管的水箱、离心泵、止回阀、变频器、温度计和流量计，染色剂支路包括注入反馈阀门、染色剂注入装置、注入控制阀门，实验段包括试验段，差压变送器以及注入针头，采集系统包括高清摄像机、计算机和一套数据采集板.本发明采用变频器与离心泵结合的方法，来模拟实际工业设备和系统中的脉动流。采用这种方法，再配以正弦波与余弦波生成，可以模拟任意一种实际中的脉动流动工况，方便、快捷，而且造价低廉。

Description

一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统
技术领域
本发明属于流体力学、流态转捩领域，具体涉及的是一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统。
背景技术
流态转捩现象在热能动力装置及船舶核动力装置中经常发生，其中，脉动条件下的转捩现象对于许多工业设备和系统的设计和运行来说尤为重要，因此国内外许多学者对此做出了大量的研究。但这些研究采单一压降法或单一可视化法。在可视化研究中用的染色剂注入方式均为高位放置注入或小流量泵注入。染色剂的高位放置注入方式不能保证染色剂的注入量与水支路内流量成正相关关系，甚至在水支路流量大时，染色剂的注入量会减小，这就会较大的影响可视化实验的观测与实验结果的可靠性。而通过小流量泵的注入方式，其中所涉及到的实验系统，造价昂贵，搭建周期长，操作复杂，而且需要耗费大量的人力物力进行维护，并且根据实验条件的不同，染色剂注入控制参数也要改变。这两种方法都在染色剂注入量与水支路流量的耦合上有缺陷，导致实验结果存在一定偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研究工况范围广，分析方法多，测量数据精度高，结果分析准确，而且造价低廉，搭建方便，操作简单，同时也很环保的用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统，包括水支路、染色剂支路、实验段和采集系统四个部分，水支路包括带有排污管的水箱、离心泵、止回阀、变频器、温度计和流量计，染色剂支路包括注入反馈阀门、染色剂注入装置、注入控制阀门，实验段包括试验段，差压变送器以及注入针头，采集系统包括高清摄像机、计算机和一套数据采集板，储存在水箱中的水被由变频器控制的离心泵抽送，经过液体流量计和温度计后进入实验段；储存在染色剂注入装置中的染色剂经注入控制阀和注入针头进入试验段；试验段的两端安装差压变送器，高清摄像机架设于试验段的正上方，流量计和差压变送器测得的数据信号，均由数据采集板采集，同高清摄像机拍摄的流动画面一起存入计算机中待处理。
试验段是一个水平放置的能够储存液体的柱体容器。
染色剂注入装置为中间具有隔层的容器，隔层在装置顶端有开口，使染色剂注入装置中形成两个连接的腔体，水支路中的水由注入装置入口进入染色剂注入装置的右半部分进行传压，将右半部分中的染色剂溶液通过装置出口、注入控制阀门压入试验段。
在左、右两部分的染色剂溶液和水之间还装有不溶于水和染色剂溶液的密封油。
染色剂注入装置的左、右两部分的顶端有用于添加溶剂的可密封通孔。
染色剂支路与水支路互为旁路，染色剂注入量与水流量相耦合。
本发明的有益效果在于：本发明采用变频器与离心泵结合的方法，来模拟实际工业设备和系统中的脉动流。采用这种方法，再配以正弦波与余弦波生成，可以模拟任意一种实际中的脉动流动工况，方便、快捷，而且造价低廉；本发明中所采用的染色剂装置可以实现染色剂注入量与水支路流量相耦合，从而提高可视化实验的精度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的脉动流生成系统示意图；
图3为本发明的染色剂注入装置示意图；
图4为本发明中采用的数据采集系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更详细地描述：
一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统，本系统包括水支路、染色剂支路、实验段和采集系统四个部分。支路中的主要设备包括带有排污管的水箱、离心泵、止回阀、变频器、温度计和流量计；染色剂支路中的主要设备有染色剂注入反馈阀门、注入装置、注入控制开关；实验段部分主要包括注入针头，实验段以及差压变送器；采集系统部分主要包括一台电脑、一套数据采集板和一台高清摄像机。其中高清摄像机架设于实验段的正上方，实时拍摄流动画面。
在水支路中，采用变频器与离心泵结合的方法，来模拟实际工业设备和系统中的脉动流。
染色剂支路与水支路互为旁路，染色剂注入量与水流量相耦合。
染色剂支路上有两个控制阀门，通过两阀门相互配合来进行调节控制。
染色剂注入装置下部隔开，上部贯通；下部分盛放别染色剂溶液与水，上部盛放密封油。
染色剂注入装置顶端开有两个可密封的孔，用以添加染色剂和密封油。
结合图1，本系统包括水支路、染色剂支路、实验段和采集系统四个部分。其中水支路中的主要设备包括带有排污管2的水箱1、离心泵3、变频器4、止回阀5、液体流量计6和温度计7；染色剂支路中的主要设备有注入反馈阀门8、染色剂注入装置11、注入控制阀门12、；实验段部分主要包括试验段13，差压变送器14以及注入针头16；采集系统部分主要包括一台高清摄像机15、一台电脑18和一套数据采集板17，其中高清摄像机15架设于实验段的正上方，实时拍摄流动画面。储存在水箱1中的水被离心泵3抽送进实验回路，经过液体流量计6和温度计7后进入试验段13；与此同时，储存在染色剂注入装置11中的染色剂经注入控制阀12进入试验段13。最后两者混合返回水箱1循环使用，一段时间后经过排污阀2将被污染的水放走，换上干净的水。
结合图2，在本发明中，采用离心泵3与变频器4结合的方法，来模拟实际工业设备和系统中的脉动流。在实验时，首先由电脑中的正弦波生成软件生成一个正弦波信号传送给变频器4，然后变频器4就会按照所接受的正弦信号控制离心泵3，使其转速按照正弦波的形式变化，而流量与离心泵3的转速是成正比的，由此得到实验所需的脉动流。
结合图3，在本发明中，水支路中的水由注入装置入口19进入注入装置，通过9、10传压，将11中的染色剂溶液通过装置出口20、注入控制阀门12压入试验段13。
结合图4，本发明中，液体流量计6和差压变送器14所测得的数据信号，均由数据采集板17采集，并同高清摄像机15所拍摄的流动画面一起存入电脑18中待处理。

Claims (4)

1.一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统，包括水支路、染色剂支路、实验段和采集系统四个部分，水支路包括带有排污管的水箱(1)、离心泵(3)、止回阀(5)、变频器(4)、温度计(7)和流量计(6)，染色剂支路包括注入反馈阀门(8)、染色剂注入装置(11)、注入控制阀门(12)，实验段包括试验段(13)，差压变送器(14)以及注入针头(16)，采集系统包括高清摄像机(15)、计算机(18)和一套数据采集板(17)，其特征在于：储存在水箱(1)中的水被由变频器控制的离心泵抽送，经过流量计和温度计后进入试验段(13)；储存在染色剂注入装置(11)中的染色剂经注入控制阀(12)和注入针头(16)进入试验段(13)；试验段(13)的两端安装差压变送器(14)，高清摄像机(15)架设于试验段的正上方，流量计(6)和差压变送器(14)测得的数据信号，均由数据采集板(17)采集，同高清摄像机(15)拍摄的流动画面一起存入计算机(18)中待处理；
所述的试验段(13)是一个水平放置的能够储存液体的柱体容器；
所述的染色剂注入装置为中间具有隔层的容器，隔层在装置顶端有开口，使染色剂注入装置中形成两个连接的腔体，水支路中的水由注入装置入口(19)进入染色剂注入装置的右半部分进行传压，将右半部分中的染色剂溶液通过装置出口(20)、注入控制阀门(12)压入试验段(13)。
2.根据权利要求1所述的一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统，其特征在于：在左、右两部分的染色剂溶液和水之间还装有不溶于水和染色剂溶液的密封油。
3.根据权利要求2所述的一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统，其特征在于：染色剂注入装置的左、右两部分的顶端有用于添加溶剂的可密封通孔。
4.根据权利要求1所述的一种用于脉动流流态转捩可视化研究的实验及测量系统，其特征在于：染色剂支路与水支路互为旁路，染色剂注入量与水流量相耦合。
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