CN106198322A - 一种测量叶轮内颗粒运动轨迹及颗粒分布的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量叶轮内颗粒运动轨迹及颗粒分布的装置。它采用透明有机玻璃制作泵外壳，在实验中采用闪频光源照射旋转叶轮，调节闪频光源频率使之等于叶轮转动频率，使叶轮处于相对静止状态，通过该装置，观察者可直接观察颗粒从叶轮进口到叶轮出口的整个运动轨迹，同时，观察者可用相机从任意角度拍摄瞬态的颗粒分布。采用本发明可以解决高速旋转的叶轮中的颗粒运动轨迹和颗粒瞬时分布状态的测量问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量叶轮内颗粒运动轨迹和颗粒分布的装置，尤其是采用闪频光源和不同外形及颜色标记的示踪颗粒，从而精确捕捉叶轮内颗粒的运动轨迹及其分布的装置。
背景技术
过去，在测量叶轮内的颗粒运动轨迹的实验中，主要采用高速摄影技术，拍摄获得某一时刻的瞬态流场和颗粒分布，比如清华大学许洪元以及西北工业大学魏进家都是采用高速摄影技术。目前，还有一种运用较多的技术是PIV测量技术，通过在流体中释放示踪粒子，再用高速相机拍摄示踪粒子，根据前后两个微小时刻的示踪粒子的位移变化来计算瞬态速度场，其技术原理类似于高速摄影技术。原理上，上述两种技术都属于欧拉方法，采用这种测量技术，观察者不能直接捕捉叶轮内的颗粒运动，只能通过后处理分析，将相机上的图片按时间顺序推算颗粒的运动轨迹。另外，这种技术受制于CCD光敏原件的时间分辨率，即两次曝光时间间隔的限制，时间间隔越短拍摄的精度越高，间隔越大精度越低。但CCD的曝光时间很难缩短，目前这也是CCD技术的瓶颈。
发明目的
现在技术主要有四方面的问题：(1)现有的高速摄影技术和PIV技术，只能拍摄到瞬态的颗粒分布，原理上属于欧拉方法，观察者不能直接观察叶轮内颗粒的运动过程。(2)上述技术原理上只能获得第一手的颗粒分布照片，必须通过后处理分析，根据不同时刻的颗粒分布，间接推算颗粒的运动轨迹，其技术实现复杂，且精度取决于后处理软件算法。(3)由于高速摄像机受制于CCD光敏原件的时间分辨率，而CCD的曝光时间间隔是主要的瓶颈，从而影响其测量精度。(4)采用PIV技术时，激光会对人眼会造成伤害，需要借助专业的相机和控制系统记录叶轮中的颗粒运动和分布状况，存在一定的安全隐患，另外，激光器的照射片光源会因为介质和材料的折射反射导致测量偏差，且片光源的投射位置有严格的限制，需要专业的人员进行实验设备的调节和校准。针对上述问题，本发明直接采用闪频光源，通过释放不同外形和颜色标记的颗粒，观察者可同时获得颗粒分布以及颗粒在叶轮内的运动轨迹，无需后处理，信息全精度高，且对拍摄不留死角，对设备要求低。
发明内容
本发明提出一种装置，采用透明有机玻璃制作泵和叶轮的外壳，首先，在测量中采用闪频光源照射旋转中的叶轮，调节闪频光源的频率使其频率与叶轮的转动频率相同，此时由于视觉暂留的缘故，虽然叶轮是旋转的，但观察者看到的叶轮是相对静止的，从而解决时间间隔问题，使观察者与叶轮同步。其次，观察者释放不同外形或不同着色标记的颗粒，当这些颗粒流经叶轮时，用拍摄装置记录每个颗粒的运动轨迹及每个时刻的颗粒分布，记录信息精确。第三，本装置采用的闪频光源的强度在人眼可以接受的范围，观察者可实时观测叶轮内的颗粒运动轨迹，也可同时拍摄颗粒的瞬态分布，且便于实验人员重复观测。第四，实验人员可以灵活的调整光源及相机的拍摄角度，不留死角，实现从任意角度拍摄瞬时的颗粒运动和分布状态，且通过加入标记的示踪粒子，可以观察不同形态特征颗粒从进入叶轮到流出叶轮的整个过程，有利于比较研究，如必要可以用录像机记录示踪颗粒运动的整个过程，记录信息全。而且，本装置对拍摄设备的要求不高。综上，本装置可以同时直接掌握颗粒运动轨迹和分布状态，获得的信息全面，且不需要后处理分析，精度更高。同时，该装置操作灵活，对于拍摄的相机时间分辨率要求也不苛刻。
另外，与高速摄影和PIV技术一样，该装置不会干涉流场，因此，测量的保真度高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
附图1是水泵测试管路循环系统图
图中1.储液罐，2.进口阀，3.支架，4.出口阀，5.闪频光源，6.测试泵，7.电机，8.机座。
具体实施方式
如图1所示，为一水泵测试管路循环系统，由泵6、电机7、机座8、储液罐1、支架3、进口阀门2、出口阀门4、闪频光源5及连接管路构成。
第一步，关闭进口阀门2，开启出口阀门4，起动电机，再逐步打开进口阀门，检查泵运行正常后，开始下一步测量。
第二步，打开闪频光源，根据使用手册调节闪频光源与叶轮之间的距离，使叶轮位于闪频光照射的有效范围之内。
第三步，调节闪频光源频率，使光源频率等于叶轮旋转频率。
第四步，观察者打开储液罐顶盖，释放不同外形和着色的颗粒，混合均匀后盖上顶盖；
第五步，从任意角度拍摄叶轮内颗粒的运动和分布，也可用摄像装置记录颗粒从进入叶轮到流出叶轮的整个运动过程。
第六步，观察和测量结束后，关闭电机7，关闭进口阀门2，关闭闪频光源5，关闭电源，清理管路，结束实验。
Claims (1)
1.本发明保护的是一种测量叶轮内颗粒运动轨迹及颗粒分布的装置，它采用透明有机玻璃制作泵外壳，在实验中采用闪频光源照射旋转叶轮，调节闪频光源频率使之等于叶轮转动频率，使叶轮处于相对静止状态，通过该装置，观察者可直接观察颗粒从叶轮进口到叶轮出口的整个运动轨迹，同时，观察者可用相机从任意角度拍摄瞬态的颗粒分布，采用本装置，可同时测量旋转叶轮内的颗粒运动轨迹和颗粒瞬时的分布状态。
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Cited By (1)
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| CN110131181A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-08-16 | 江苏大学 | 一种测试离心泵输送柔性长颗粒阻塞和磨损的实验装置 |
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2016
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Patent Citations (2)
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