CN107132025A - 固体粒子加注装置和流场测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的固体粒子加注装置和流场测量装置，涉及PIV测试技术中高压粒子加注领域。该固体粒子加注装置包括气源系统、气压调节器、雾状粒子发生器和加注管道。气源系统与雾状粒子发生器连接，用于为雾状粒子发生器提供动力。气压调节器与气源系统连接，用于调节并维持气源系统加入到雾状粒子发生器中的气源压力稳定。加注管道的一端与雾状粒子发生器连接，加注管道的另一端与试验区域连通，用于将雾状粒子发生器中的雾状粒子加注到试验区域。固体粒子加注装置压力可调、粒径均匀稳定。本发明还提供了一种流场测量装置，包括上述的固体粒子加注装置，可以实现对不同压力等级的试验区域加注示踪粒子，操控方便，测量准确。

Description

固体粒子加注装置和流场测量装置

技术领域

本发明涉及高压粒子加注技术领域，具体而言，涉及一种固体粒子加注装置和流场测量装置。

背景技术

目前随着技术的进步，人们越来越多的关注复杂结构的，特别是高压区域的流场结构。比如高压的天然气管道流场、高压流体机械内部流动等。这些流动结构的测试均需要对测试区域加注高压的固体PIV(Particle image velocity，速度成像仪)专用示踪粒子。传统的粒子专用加注装置较少，一般均为根据使用需求定制加工。目前有低压液体加注装置、低压粉尘加注装置等，没有专用高压加注装置。粒子加注装置一般要求其具有以下主要功能：1.将固体或液体示踪粒子混合均匀。2.将示踪粒子加入流体机械测试区域。3.加注后示踪粒子在流场测试区域均匀分布。4.示踪粒子粒径符合正态分布。5.示踪粒子粒径大小等参数符合测试要求(粒径大小，粒子浓度、反光性跟随性)。

目前的这些加注装置主要存在以下几个问题：1、粒子少、粒子浓度不均匀；2、不能加注到高压测试区域；3、示踪粒子粒径不可调等缺点，导致现有的加注装置加注示踪粒子难以满足需要。

有鉴于此，设计制造出一种固体粒子加注装置，可以实现向高压测试区域加注粒径分布均匀、浓度可控、粒径大小可调等符合PIV测试需求的PIV示踪粒子，并且添加的固体示踪粒子方便更换，满足不同的测试需求是高压粒子加注技术领域中急需改善的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体粒子加注装置，可以实现向高压测试区域加注粒径分布均匀，浓度可控、粒径大小可调的示踪粒子，以满足不同的测试要求。

本发明的目的还在于提供一种流场测量装置，包括上述的固体粒子加注装置，压力可调，可以实现对不同压力等级的试验区域加注示踪粒子，操控方便，测量准确。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种固体粒子加注装置，用于将固体粒子加注到试验区域，所述固体粒子加注装置包括气源系统、气压调节器、雾状粒子发生器和加注管道。

所述气源系统与所述雾状粒子发生器连接，用于为所述雾状粒子发生器提供动力，以使所述固体粒子成为雾状粒子。所述气压调节器与所述气源系统连接，用于调节并维持所述气源系统加入到所述雾状粒子发生器中的气源压力。所述加注管道的一端与所述雾状粒子发生器连接，所述加注管道的另一端与所述试验区域连通，用于将所述雾状粒子发生器中的所述雾状粒子加注到所述试验区域。

进一步地，所述固体粒子加注装置还包括加气管道，所述加气管道的一端与所述气源系统连接，所述加气管道的另一端伸入所述雾状粒子发生器内。所述气压调节器包括第一减压阀，所述第一减压阀设于所述加气管道上，所述第一减压阀用于调节所述雾状粒子发生器内的气压。

进一步地，所述加气管道设于所述雾状粒子发生器的一端设有喷嘴，所述喷嘴呈喇叭状。

进一步地，所述加气管道包括三通接口、第一分段、第二分段和第三分段，所述三通接口包括第一接口、第二接口和第三接口；所述第一分段连接所述气源系统和所述第一接口，所述第二分段连接所述第二接口和所述雾状粒子发生器、并伸入所述雾状粒子发生器内，所述第三分段连接所述第三接口和所述雾状粒子发生器。

进一步地，所述气压调节器包括第二减压阀，所述第二减压阀设于所述第三分段，用于维持所述雾状粒子发生器内的气压；所述第一减压阀设于所述第二分段。

进一步地，所述气源系统包括储气罐，所述储气罐用于存储气体，所述储气罐通过所述加气管道与所述雾状粒子发生器连接，为所述雾状粒子发生器提供气源。

进一步地，所述第一分段上设置有第一阀门，所述第一阀门与所述储气罐连接，用于控制所述储气罐中的气体的输出。

进一步地，所述加注管道上设有加入口，所述加入口为喉管，所述加入口的形状呈两端直径大、中部直径小；所述雾状粒子经所述加入口进入所述试验区域。

进一步地，所述加注管道上设有第二阀门，所述第二阀门与所述加入口串联，所述第二阀门用于控制所述雾状粒子进入或不进入所述试验区域。

本发明提供的一种流场测量装置，所述流场测量装置包括测试装置和上述的固体粒子加注装置，所述测试装置内设有所述试验区域，所述固体粒子加注装置通过所述加注管道和所述测试装置连通，所述固体粒子加注装置将所述雾状粒子加注到所述测试装置内。

本发明提供的固体粒子加注装置和流场测量装置具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的固体粒子加注装置，用于将固体粒子加注到试验区域，固体粒子加注装置包括气源系统、气压调节器、雾状粒子发生器和加注管道。通过将气源系统与雾状粒子发生器连接，用于为雾状粒子发生器提供动力，以使固体粒子成为雾状粒子。通过将气压调节器与气源系统连接，用于调节并维持气源系统加入到雾状粒子发生器中的气源压力。通过将加注管道的一端与雾状粒子发生器连接，加注管道的另一端与试验区域连通，用于将雾状粒子发生器中的雾状粒子加注到试验区域。该固体粒子加注装置的气压可调，粒径可调，可使得粒径分布均匀，且操作方便，能满足不同压力等级的测试需求，具有极大的推广应用价值。

本发明提供的流场测量装置，流场测量装置包括测试装置和上述的固体粒子加注装置，测试装置内设有试验区域，固体粒子加注装置通过加注管道和测试装置连通，固体粒子加注装置将雾状粒子加注到测试装置内。该流场测量装置可以实现对不同压力等级的试验区域加注示踪粒子，操控方便，测量准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的固体粒子加注装置的组成框图；

图2为本发明具体实施例提供的固体粒子加注装置的结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的固体粒子加注装置的加入口的结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的流场测量装置的组成框图。

图标：100-固体粒子加注装置；101-试验区域；110-气源系统；111-第一阀门；120-加气管道；121-第一分段；123-第二分段；1231-喷嘴；1233-第一减压阀；125-第三分段；1251-第二减压阀；127-三通接口；130-雾状粒子发生器；140-加注管道；141-加入口；1411-第一端部；1413-第二端部；1415-中部；150-气压调节器；200-流场测量装置；210-测试装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明具体实施例提供的固体粒子加注装置100的组成框图，图2为本发明具体实施例提供的固体粒子加注装置100的结构示意图，请参照图1和图2。

本实施例提供的一种固体粒子加注装置100，用于将固体粒子加注到试验区域101，固体粒子加注装置100包括气源系统110、加气管道120、气压调节器150、雾状粒子发生器130和加注管道140。

气源系统110与雾状粒子发生器130连接，用于为雾状粒子发生器130提供动力，以使固体粒子成为雾状粒子。气压调节器150与气源系统110连接，用于调节并维持气源系统110加入到雾状粒子发生器130中的气源压力。加注管道140的一端与雾状粒子发生器130连接，加注管道140的另一端与试验区域101连通，用于将雾状粒子发生器130中的雾状粒子加注到试验区域101。

加气管道120的一端与气源系统110连接，加气管道120的另一端伸入雾状粒子发生器130内。优选地，加气管道120包括三通接口127、第一分段121、第二分段123和第三分段125，三通接口127包括第一接口、第二接口和第三接口。第一分段121连接气源系统110和第一接口，第二分段123连接第二接口和雾状粒子发生器130、并伸入雾状粒子发生器130内，第三分段125连接第三接口和雾状粒子发生器130。

气压调节器150包括第一减压阀1233和第二减压阀1251，第一减压阀1233设于加气管道120的第二分段123上，第一减压阀1233用于调节雾状粒子发生器130内的气压。第二减压阀1251设于第三分段125，用于维持雾状粒子发生器130内的气压。

具体地，加气管道120的第二分段123设于雾状粒子发生器130内的一端设有喷嘴1231，喷嘴1231呈喇叭状，用于气体加速。喇叭状的喷嘴1231可以形成较快的喷射速度，满足吹扫固体粒子的需求，将雾状粒子发生器130内的固体粒子吹扫起来、悬浮于雾状粒子发生器130腔内，形成雾状粒子。利用第一减压阀1233即可调节喷嘴1231喷射出的气体压力，通过调节气压来满足不同的测试要求。

雾状粒子发生器130通过喷嘴1231喷射出的高压气体，将容积内的固体粒子吹扫起来，在雾状粒子发生器130的腔内形成均匀的雾状粒子。利用第二减压阀1251调节第三分段125引入到雾状粒子发生器130内的气体压力，可以维持雾状粒子发生器130的压力，保证雾状粒子发生器130内的压力稳定，从而确保加注的粒子粒径均匀。

气源系统110包括储气罐，储气罐用于存储高压气体，储气罐通过加气管道120与雾状粒子发生器130连接，为雾状粒子发生器130提供气源。

在本实施例中，第一分段121上设置有第一阀门111，第一阀门111为标准的高压阀门，第一阀门111与储气罐连接，用于控制储气罐中的气体的输出。

图3为本发明具体实施例提供的固体粒子加注装置100的加入口141的结构示意图，请参照图3。

加注管道140设于雾状粒子发生器130外，用于连通雾状粒子发生器130和试验区域101。加注管道140上设有加入口141，加入口141为喉管，加入口141的形状呈两端直径大、中部1415直径小。

作为优选，加入口141包括第一端部1411、第二端部1413和中部1415，第一端部1411和第二端部1413为圆柱形，第一端部1411和第二端部1413通过中部1415过渡连接，中部1415横截面积缩减，第一端部1411和第二端部1413的外径大于中部1415的外径。利用文丘里(喉管)效应，当受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流量与过流断面成反比。气体及固体粒子通过喉管(加入口141)加速并以扩散方式加入到高压试验区域101。

并且，加注管道140上设有第二阀门，第二阀门为高压阀门，用作雾状粒子加注的开关。第二阀门与加入口141串联，第二阀门用于控制雾状粒子进入或不进入试验区域101。

作为优选，雾状粒子发生器130上设有多个加注管道140，多个加注管道140并排设置，每个加注管道140上均设有加入口141和第二阀门。本实施例中采用了四个加注管道140，但并不仅限于此，也可以是五个、八个等，根据实际需要灵活设置。

需要说明的是，第一减压阀1233与第二减压阀1251均为标准的高压减压阀。第二减压阀1251作为辅助气源，用于稳定雾状粒子发生器130容积腔内的气体压力，使得整个雾状粒子发生器130内形成稳定、均匀的粒子，粒径呈正态分布，保证每个加入口141加入的粒子直径均匀、浓度均匀。

图4为本发明具体实施例提供的流场测量装置200的组成框图，请参照图4。

本发明提供的一种流场测量装置200，流场测量装置200包括测试装置210和上述的固体粒子加注装置100，测试装置210内设有试验区域101，固体粒子加注装置100通过加注管道140和测试装置210连通，固体粒子加注装置100将雾状粒子加注到测试装置210内。

本发明提供的固体粒子加注装置100和流场测量装置200，其工作原理如下：

为满足高压流场测试需要，必须向高压试验区域101提供示踪粒子。根据气体的运动总是从高压区域向低压区域运动的原理，当调节雾状粒子发生器130内的压力高于试验区域101的压力时，雾状示踪粒子就会由高压区域向低压的试验区域101流动。本发明提供的固体粒子加注装置100，打开第一阀门111，将储气罐中的高压气源通过三通接口127，由三通接口127引入到第二分段123，经第二分段123到达喷嘴1231处，由于喷嘴1231设于雾状粒子发生器130内，经喷嘴1231加速后的气体吹扫起雾状粒子发生器130中的固体粒子，形成雾状粒子。打开第二阀门，雾状粒子经加注管道140上的加入口141加注到试验区域101，这些加注的雾状粒子作为示踪粒子，用于高压流场的测量。该固体粒子加注装置100可作为速度成像仪专用高压粒子的加注装置，也可以用于流体机械领域内高压系统内的流场测量。

第一减压阀1233用于调控雾状粒子形成的压力，第二减压阀1251用于稳定雾状粒子发生器130内的压力，以保证形成的雾状粒子粒径均匀，加注到各加入口141的雾状粒子粒径均匀、分布浓度均匀。

综上所述，本发明提供的固体粒子加注装置100具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的固体粒子加注装置100，第一，采用高压气源作为动力，可以向高压试验区域101加注示踪粒子。第二，可以加注不同粒径大小的示踪粒子，以实现雾状粒子的粒径可调可控；同时，也可以实现对不同压力等级的试验区域101加注示踪粒子。第三，采用第二减压阀1251，保证雾状粒子发生器130内的压力稳定，使得加注的示踪粒子粒径均匀稳定，各加入口141的示踪粒子分布均匀，即加入到高压试验区域101的示踪粒子浓度均匀、分布均匀稳定。

本发明提供的流场测量装置200，采用了上述的固体粒子加注装置100，能向高压试验区域101加注示踪粒子，且保证加注的示踪粒子粒径均匀、分布均匀稳定，流场分析测量结果准确，具有极大的推广应用价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固体粒子加注装置，用于将固体粒子加注到试验区域，其特征在于，所述固体粒子加注装置包括气源系统、气压调节器、雾状粒子发生器和加注管道；

所述气源系统与所述雾状粒子发生器连接，用于为所述雾状粒子发生器提供动力，以使所述固体粒子成为雾状粒子；所述气压调节器与所述气源系统连接，用于调节并维持所述气源系统加入到所述雾状粒子发生器中的气源压力；所述加注管道的一端与所述雾状粒子发生器连接，所述加注管道的另一端与所述试验区域连通，用于将所述雾状粒子发生器中的所述雾状粒子加注到所述试验区域。

2.根据权利要求1所述的固体粒子加注装置，其特征在于，所述固体粒子加注装置还包括加气管道，所述加气管道的一端与所述气源系统连接，所述加气管道的另一端伸入所述雾状粒子发生器内；所述气压调节器包括第一减压阀，所述第一减压阀设于所述加气管道上，所述第一减压阀用于调节所述雾状粒子发生器内的气压。

3.根据权利要求2所述的固体粒子加注装置，其特征在于，所述加气管道设于所述雾状粒子发生器的一端设有喷嘴，所述喷嘴呈喇叭状。

4.根据权利要求2所述的固体粒子加注装置，其特征在于，所述加气管道包括三通接口、第一分段、第二分段和第三分段，所述三通接口包括第一接口、第二接口和第三接口；所述第一分段连接所述气源系统和所述第一接口，所述第二分段连接所述第二接口和所述雾状粒子发生器、并伸入所述雾状粒子发生器内，所述第三分段连接所述第三接口和所述雾状粒子发生器。

5.根据权利要求4所述的固体粒子加注装置，其特征在于，所述气压调节器包括第二减压阀，所述第二减压阀设于所述第三分段，用于维持所述雾状粒子发生器内的气压；所述第一减压阀设于所述第二分段。

6.根据权利要求4所述的固体粒子加注装置，其特征在于，所述气源系统包括储气罐，所述储气罐用于存储气体，所述储气罐通过所述加气管道与所述雾状粒子发生器连接，为所述雾状粒子发生器提供气源。

7.根据权利要求6所述的固体粒子加注装置，其特征在于，所述第一分段上设置有第一阀门，所述第一阀门与所述储气罐连接，用于控制所述储气罐中的气体的输出。

8.根据权利要求1所述的固体粒子加注装置，其特征在于，所述加注管道上设有加入口，所述加入口为喉管，所述加入口的形状呈两端直径大、中部直径小；所述雾状粒子经所述加入口进入所述试验区域。

9.根据权利要求8所述的固体粒子加注装置，其特征在于，所述加注管道上设有第二阀门，所述第二阀门与所述加入口串联，所述第二阀门用于控制所述雾状粒子进入或不进入所述试验区域。

10.一种流场测量装置，其特征在于，所述流场测量装置包括测试装置和权利要求1至9中任一项所述的固体粒子加注装置，所述测试装置内设有所述试验区域，所述固体粒子加注装置通过所述加注管道和所述测试装置连通，所述固体粒子加注装置将所述雾状粒子加注到所述测试装置内。