CN108036921B - 一种抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置，该装置内部为空腔，装置的底面上设有与通气管连接的通气孔，使得外部气源的气体进入空腔内；装置的顶面上设有与贯通空腔和外界的通气缝；装置通过其底面固定连接在循环水洞的扩张流道上，当循环水洞的扩张流道内产生泡状流激波机制诱导附着型空穴断裂及空泡脱落空化稳定后，通过通气管向装置内部通气，气体进入附着型空穴内部，待通气稳定进行数据采集。本发明能够向自然空化区域通入高压气体来抑制自然空化非定常特性，满足对通气抑制自然空化激波诱导不稳定特性的定量研究。

Description

一种抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置
技术领域
本发明涉及一种针对自然空化激波诱导不稳定特性研究的高压通气装置，属于船舶与水下航行器工程、水利水电工程技术领域。
背景技术
空化发生于高速水流中，是包含剧烈相变过程的非定常现象。空化的发生，会造成剧烈压力脉动、振动、噪声和机械部件的空蚀破坏，对空化非定常特性的控制，是以核动力潜艇为代表的大型水下作战平台和潜射战略核导弹、高速鱼雷和超高速射弹为代表的水中兵器系统等海战装备水动力创新发展的核心关键技术问题。
实验中发现，附着型空穴非定常特性主要来源于两种不同的诱导机制，分别为回射流机制和泡状流激波机制。因此，对非定常空化抑制的主要方法在于对回射流的运动和激波的产生及传播的干扰。大量的自然空化抑制研究针对附着型空穴断裂及空泡脱落的回射流机制，通过布置障碍物的形式干扰回射流运动，而研究表明，障碍物无法抑制激波诱导机制。
已有文献表明，云状空化非定常断裂及脱落的泡状流激波机制是空化不稳定性的重要来源。因此，对非定常空化抑制的主要方法在于对激波的干扰。空化溃灭激波是空化流体可压缩特性的主要体现，与空泡团的溃灭及空穴内部含气率分布密切相关。因此，对于空化激波的抑制关键在于空化区域气体含量分布的改变。Wallis’声速公式表明，在气液混合介质中，可压缩性将显著增大，声速将会出现剧烈下降，最低声速出现在含气率为0.5的位置；Brennen的理论推导计算出，空泡内不可凝结气体的存在会显著降低溃灭速率，并增大最小空泡体积。向空化区域通入不可凝结气体是改变空化区域含气率分布，进而改变空化区域可压缩特性的最有效可控方式。同时，向空化区域通入高压气体可以改变空穴内平均压力，提高当地空化数，抑制自然空化的发生。因此，最有效的一种控制空化非定常效应，降低空化破坏的方式是主动向空化区域通入高压气体。
目前通气主要应用于对海洋设备表面阻力的降低上，针对向自然空化区域通气气体的研究相对很少，尤其是通气量对空化抑制程度的定量研究，如何实现通气效率的最大化，即单位通气量达到最大的空化抑制效果，需要精细的实验研究。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置，通过该装置能够向自然空化区域通入高压气体来抑制自然空化非定常特性，满足对通气抑制自然空化激波诱导不稳定特性的定量研究。
一种抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置，该装置内部为空腔，装置的底面上设有与通气管连接的通气孔，使得外部气源的气体进入空腔内；装置的顶面上设有与贯通空腔和外界的通气缝；装置通过其底面固定连接在循环水洞的扩张流道上，当循环水洞的扩张流道内产生泡状流激波机制诱导附着型空穴断裂及空泡脱落空化稳定后，通过通气管向装置内部通气，气体进入附着型空穴内部，待通气稳定进行数据采集。
进一步地，所述装置包括气腔本体和底盖，所述气腔本体为内部中空的矩形立方体，立方体的底面为开放端，端面上加工有用于连接底盖的连接螺孔，空腔的边缘部位加工密封台阶面，气腔本体的顶面加工有条形的通气缝；所述底盖上加工有与气腔本体密封台阶面配合的密封凸台，密封凸台的台阶面上加工安装密封圈的密封槽，底盖通过其上的连接螺孔与气腔本体实现连接，密封台阶面和密封凸台的配合保证连接部位的可靠密封，底盖的中心位置设有与通气管连接的通气孔。
进一步地，所述数据采集包括高速摄像、静态压力和动态压力采集。
进一步地，所述通气管上安装逆止阀，用于控制气流的通断。
进一步地，所述通气缝由等间距等径圆孔代替。
有益效果：
本发明能够向自然空化区域通入高压气体，实现通气对自然空化泡状流激波特性调制机理的定量研究。同时能够满足通气量对空化抑制程度的定量研究，实现通气效率的最大化，即单位通气量达到最大的空化抑制效果。通气量与来流条件的近似关系：Qin＝3.9×106-34.416·(Pin-2338.16)/(Uin 2)(Pin是进口压力，Uin是进口速度)。
附图说明
图1为本发明安装在循环水洞试验段的扩张流道内的示意图；
图2为气腔本体的结构示意图；
图3为底盖的结构示意图。
其中，1-高压通气装置、2-通气管、3-扩张流道、4-循环水洞、5-气腔本体、6-通气缝、7-密封台阶面、8-连接螺孔、9-底盖、10-密封凸台、11-密封槽、12-通气孔。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置，高压通气装置1通过其底面固定连接在循环水洞4的扩张流道3上，当循环水洞4的扩张流道内产生泡状流激波机制诱导附着型空穴断裂及空泡脱落空化稳定后，通过通气管2向高压通气装置1内部通气，气体进入附着型空穴内部，待通气稳定进行数据采集。
高压通气装置1包括气腔本体5和底盖9，如附图2所示，气腔本体5为内部中空的矩形立方体，立方体的底面为开放端，端面上加工有用于连接底盖9的连接螺孔8，空腔的边缘部位加工密封台阶面9，气腔本体5的顶面加工有条形的通气缝，通气缝也可以是等间距等径圆孔。
底盖9的中心位置设有与通气管2连接的通气孔12，通气管2上安装逆止阀，用于控制气流的通断；底盖9上加工有与气腔本体密封台阶面配合的密封凸台10，密封凸台10的台阶面上加工安装密封圈的密封槽11，底盖9通过其上的连接螺孔与气腔本体5实现连接，密封台阶面7和密封凸台10的配合保证本体5和底盖9连接部位的可靠密封。
工作过程：首先，关闭逆止阀，调节流动参数，使循环水洞试验段的扩张流道内产生泡状流激波机制诱导附着型空穴断裂及空泡脱落空化流动；流动稳定后，打开逆止阀进行通气，高压气体从气源触发沿通气管流动，通过底盖9的通气孔12进入气腔本体5的气腔内部，首先，高压气体将气腔及靠近气腔部分气管内的液体排出气腔，之后，高压气体充满气腔内部，在气腔内充分混合缓冲，以一定的速度沿通气缝6均匀通入附着型空穴内部，通入附着型空穴内部的气体将在附着型空穴内部运动扩散，伴随着附着型空穴的生长，断裂，脱落等非定常过程，通入的不可凝结气体将进入云状空化团内部，抑制云状空化团溃灭激波的产生，同时，通入的气体会作用于附着型空穴生长断裂过程，对空化不稳定性进行调节；待通气稳定，外部的试验设备对试验全过程进行数据采集(高速摄像，静态压力，动态压力)。后续再对采集的数据进行分析，完成上述步骤之后可以结束实验。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (4)

1.一种抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置，其特征在于，该装置内部为空腔，装置的底面上设有与通气管连接的通气孔，使得外部气源的气体进入空腔内；装置的顶面上设有与贯通空腔和外界的通气缝；装置通过其底面固定连接在循环水洞的扩张流道上，当循环水洞的扩张流道内产生泡状流激波机制诱导附着型空穴断裂及空泡脱落空化稳定后，通过通气管向装置内部通气，气体进入附着型空穴内部，待通气稳定进行数据采集；
所述装置包括气腔本体和底盖，所述气腔本体为内部中空的矩形立方体，立方体的底面为开放端，端面上加工有用于连接底盖的连接螺孔，空腔的边缘部位加工密封台阶面，气腔本体的顶面加工有条形的通气缝；所述底盖上加工有与气腔本体密封台阶面配合的密封凸台，密封凸台的台阶面上加工安装密封圈的密封槽，底盖通过其上的连接螺孔与气腔本体实现连接，密封台阶面和密封凸台的配合保证连接部位的可靠密封，底盖的中心位置设有与通气管连接的通气孔。
2.如权利要求1所述的抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置，其特征在于，所述数据采集包括高速摄像、静态压力和动态压力采集。
3.如权利要求1所述的抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置，其特征在于，所述通气管上安装逆止阀，用于控制气流的通断。
4.如权利要求1所述的抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置，其特征在于，所述通气缝由等间距等径圆孔代替。
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