CN103940573B - 一种小尺寸piv流场测试实验中示踪粒子布撒装置及布撒方法 - Google Patents
一种小尺寸piv流场测试实验中示踪粒子布撒装置及布撒方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒装置及布撒方法，属于激光粒子测量技术领域。这种示踪粒子布撒装置包括一个储液罐、供气气源、稳压罐、加压气源和视盅，储液罐采用上盖板封闭，加压气源连接储液罐,伸入储液罐底部液体中的内部导管连接上盖板，上盖板经外部导管连接视盅内的旋流喷嘴，稳压罐经进气分管连接法兰上与视盅相通的气动接头。该装置能够持续稳定的产生示踪粒子，粒径可调，粒子质量好，可以较好的反应流场情况；装置结构简单，使用方便，原料价格低廉，易于普及。
Description
技术领域
本发明涉及一种小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒装置及布撒方法，它产生的喷雾粒子可以为粒子图像测速（PIV）提供有效的示踪粒子，尤其适用于进气压力较高、进气口尺寸较小、测量空间尺寸有限的空气流动测量。属于激光粒子测量技术领域。
背景技术
为探求内燃机等工程机械内部流场，PIV激光测试技术以其能够测量全场等优点被广泛应用于流场的测试中。在PIV实验中，示踪粒子的选择对于实验的结果起着至关重要的作用。示踪粒子必须严格具有散射光的能力以及良好的跟随性、安全性、经济性等。
目前PIV实验中所采用的示踪粒子发生器所产生的示踪粒子大多只能用于测量大气压或者低于大气压的气体流动，对于进气压力较高的流场，示踪粒子会出现团聚，甚至会产生严重的撞壁现象，无法进入到高压气体中与气体混合。而针对超音速流动测量的示踪粒子发生器则需要进行抽真空来吸入示踪粒子粉末，这些粒子粉末多为固体示踪粒子，如二氧化钛、三氧化二铝等，价格较为昂贵，实验设备较为复杂。并且在测量区域的空间较小时，固体粉末容易遮盖进光和照相的取景窗，不利于进光和采像 。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒装置及布撒方法，能有效减少了粒子的团聚和撞壁现象，装置简单，价格适中。同时液体示踪粒子的透明性提高了进光和采像的准确性，也更易于拆解和清理。
本发明采用的技术方案是：一种小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒装置，它包括一个供气气源，它还包括一个储液罐、稳压罐、加压气源和视盅，所述储液罐采用上盖板封闭，加压气源经加压阀门、加压导管和上盖板连接储液罐,伸入储液罐底部液体中的内部导管连接上盖板上的宝塔型分流，宝塔型气动接头经喷雾阀门、外部导管连接法兰上的限流接头，法兰与视盅固定连接，在对应限流接头位置的视盅内设置一个旋流喷嘴，供气气源经供气阀门与稳压罐连接，所述稳压罐经进气阀门、进气总管、分流气动接头和进气分管连接法兰上与视盅相通的气动接头。
所述分流气动接头连接4-5个进气分管，每个进气分管连接到与视盅相通的气动接头上。
所述旋流喷嘴采用旋流喷嘴出口与旋流挡板之间的距离为可调式结构。
所述的一种小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒方法：
(a) 首先打开加压阀门，待储液罐压力表的读数达到5.5-6.5bar时关闭阀门；
(b) 打开供气阀门给稳压罐供气给稳压罐供气，根据实验要求调解压力的大小，稳压罐上进气压力表的压力达到3.5-4.5bar时关闭阀门；
(c)打开进气阀门，随后打开喷雾阀门，储液罐中的液体经旋流喷嘴喷入视盅中产生示踪粒子，通过调节储液罐内的压力和旋流喷嘴出口与旋流挡板的位置调节示踪粒子的大小。
采用上述的技术方案，将液体装入储液罐中，下导管插入液体底部，盖上上盖板2，保证装置封闭。生成示踪粒子所用的液体为柴油或矿物质油，价格便宜，易于获得。液体的液位需要达到储液罐高度的2/3，以满足多次实验的用量。
本发明的有益效果是：这种小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒装置包括一个储液罐、稳压罐、供气气源、加压气源和视盅，储液罐采用上盖板封闭，加压气源连接储液罐,伸入储液罐底部液体中的内部导管连接上盖板，上盖板经外部导管连接视盅内的旋流喷嘴，供气气源通过供气阀门连接稳压罐，稳压罐经进气分管连接法兰上与视盅相通的气动接头。该装置能够持续稳定的产生示踪粒子，粒径可调；粒子质量好，可以较好的反应流场情况；装置结构简单，使用方便；原料价格低廉，易于普及。
附图说明
图1为示踪粒子布撒装置的工作原理图。
图2为旋流喷嘴的安装结构图。
图3为图2中的A-A剖视图。
图4为法兰的结构图。
图中：1、储液罐，2、上盖板，3、储液罐压力表，4、内部导管，5、喷雾阀门，6、宝塔型气动接头，7、外部导管，8、限流接头，9、旋流喷嘴，10、法兰，11、分流气动接头，12、进气分管，13、气动接头，14、进气总管，15、进气阀门，16、进气压力表，17、稳压罐，18、加压阀门，19、加压导管，20、加压气源，21、橡胶密封圈，22、螺栓，23、旋流喷嘴出口，24、旋流挡板，25、视盅，26、法兰螺栓，27、供气气源，28、供气阀门
具体实施方式
图1为示踪粒子布撒装置的工作原理图。图中，小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒装置包括加压气源20、储液罐1、稳压罐17、供气气源28 和视盅25。储液罐1采用上盖板2封闭，加压气源20经加压阀门18、加压导管19和上盖板2连接储液罐1,伸入储液罐1底部液体中的内部导管4连接上盖板2上的宝塔型气动接头6，宝塔型气动接头6经喷雾阀门5、外部导管7连接法兰10上的限流接头 8，法兰10与视盅25固定连接，在对应限流接头 8位置的视盅25内设置一个旋流喷嘴9，旋流喷嘴9采用旋流喷嘴出口23与旋流挡板24之间的距离为可调式结构。供气气源27通过供气阀门28与稳压罐17相连，稳压罐17经进气阀门15、进气总管14、分流气动接头11和进气分管12连接法兰10上与视盅25相通的气动接头13。
上盖板2为比储液罐1直径较大的板料，其上设有与罐体上螺栓相匹配的通孔和与储液罐1直径相同的凹槽，用于安放环形橡胶密封圈21。上盖板2和橡胶密封圈21通过三个螺栓22与储液罐1连接，加压导管19一端穿过上盖板2与储液罐1相连，另一端与供气气源20相接，喷雾导管（包括内部导管4和外部导管7）一端穿过上盖板2，一段伸入罐底，另一端安装旋流喷嘴9与进气分管12配合使用，进气分管12一端与稳压罐17相连，另一端安装在法兰10上，法兰10通过法兰螺栓26与视盅25相连。
供气气源27可根据实验条件自行选定，压力可调，但应满足实验的进气要求，可保证稳压罐内的压力可以稳定在实验所需压力，供气阀门18是外螺纹黄铜球阀，型号DN8 1/4，公称直径8mm，公称压力1.6MPa。
加压气源20可根据实验条件自行选定，压力可调，但应保证气流的压力高于罐内的压力，可以使罐内产生6-8 bar的稳定压力，加压阀门18是外螺纹黄铜球阀，型号DN8 1/4，公称直径8mm，公称压力1.6MPa。
喷雾阀门5为是黄铜球阀，型号DN8 1/4，通过外螺纹安装在密封上盖板2上，外部导管7通过宝塔型气动接头6与喷雾阀门5的上端相连，内部导管4通过宝塔型气动接头6与喷雾阀门5下端相连（即宝塔型气动接头6与喷雾阀门5共用一个螺纹孔），伸入到储液罐1内液体底部，外部导管7的另一端装有外径与导管内径相同的限流接头8，旋流喷嘴9通过该限流接头8与外部导管7连接。
稳压罐17需要压力稳定，可选用体积较大的稳压罐，保证科承受压力为实验所需的进气压力，该进气阀门15为是黄铜球阀，型号DN15 1/2，出口与进气总管14相连，出口总管14通过分流气动接头11与分流导管12相连，各个分流导管12的长度尽量相等，以保证出口气流分布均匀，分流导管12通过气动接头13与法兰10相连。
上述所有导管，包括内部导管4、外部导管7、进气分管12、进气总管14和进气导管19均为标准气动软管，内径5.5mm，外径8mm,可以承受8bar以下的压力，不产生变形。
上述宝塔型气动接头6的外径为6mm，与导管的内径尺寸匹配，宝塔型气动接头6的内壁厚度为1.5mm，以保证可以承受一定的压力。
上述限流接头8为T字形黄铜圆柱，中心有一通孔，前端原片外径为5.5mm，内径为2.7mm,厚度为2mm，有效减少了液体的流量，后端圆柱外径与喷嘴后端内径相同，间隙配合。
图2、3为旋流喷嘴的安装结构图。将旋流喷嘴9通过喷嘴后端的外螺纹固定在法兰10的中心，法兰的尺寸与视盅的尺寸匹配。在法兰10上安装旋流喷嘴位置的四周均布4个螺纹孔（图4），这些孔与旋流喷嘴9的距离均为10-15mm，用于安装气动接头13，气动接头13均为内径为8mm的标准件，与进气分管12配合使用。进气分支管12通过分流气动接头11与进气总管14连接，进气总管14通过进气阀门15连接到稳压罐17上。该进气系统可使进气气流分布均匀，有效防止了示踪粒子的撞壁，使得产生的示踪粒子在视盅内的混合更均匀。
使用上述的示踪粒子布撒装置，在实验开始时，首先打开加压阀门18，待储液罐压力表3的读数达到6bar左右时关闭阀门。随后打开供气阀门28给进气系统的稳压罐17供气，可根据实验要求调解压力的大小，根据现有设计，稳压罐内的气体压力为4bar。测量时先打开进气阀门15，随后打开喷雾阀门5 ，即可产生示踪粒子。可通过调节储液罐1的压力和旋流喷嘴出口23与旋流挡板24的位置来调节示踪粒子的大小。储液罐1内液体压力小，旋流喷嘴出口23与旋流挡板24之间的距离大，产生的粒子粒径较大，反之则较小。
Claims (4)
1.一种小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒装置，它包括一个供气气源(27)，其特征在于：它还包括一个储液罐(1)、稳压罐(17)、加压气源(20)和视盅(25)，所述储液罐(1)采用上盖板(2)封闭，加压气源(20)经加压阀门(18)、加压导管(19)和上盖板(2)连接储液罐(1),伸入储液罐(1)底部液体中的内部导管(4)连接上盖板(2)上的宝塔型气动接头(6)，宝塔型气动接头(6)经喷雾阀门(5)、外部导管(7)连接法兰(10)上的限流接头 (8)，法兰(10)与视盅(25)固定连接，在对应限流接头 (8)位置的视盅(25)内设置一个旋流喷嘴(9)，供气气源(27)通过供气阀门(28)与稳压罐(17)相连，所述稳压罐(17)经进气阀门(15)、进气总管(14)、分流气动接头(11)和进气分管(12)连接法兰(10)上与视盅(25)相通的气动接头(13)。
2.根据权利要求1所述的一种小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒装置，其特征在于：所述分流气动接头(11)连接4个进气分管(12)，每个进气分管(12)连接到与视盅(25)相通的气动接头(13)上。
3.根据权利要求1所述的一种小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒装置，其特征在于：所述旋流喷嘴(9)采用旋流喷嘴出口(23)与旋流挡板(24)之间的距离为可调式结构。
4.一种小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒方法，该方法采用权利要求1所述的一种小尺寸PIV流场测试实验中示踪粒子布撒装置，其特征在于：
(a) 首先打开加压阀门（18），待储液罐压力表（3）的读数达到5.5-6.5bar时关闭阀门；
(b)打开供气阀门(28)给稳压罐（17）供气，根据实验要求调解压力的大小，稳压罐的压力为3.5-4.5bar；
(c)打开进气阀门（15），随后打开喷雾阀门（5），储液罐(1)中的液体经旋流喷嘴(9)喷入视盅(25)中产生示踪粒子，通过调节储液罐（1）内的压力和旋流喷嘴出口（23）与旋流挡板（24）的位置调节示踪粒子的大小。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160817 Termination date: 20190506 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |