CN108627673B - 一种piv示踪粒子壁面播撒装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PIV示踪粒子壁面播撒装置，属于近壁区域流动测量领域。该装置包括粒子发生器、高压软管和壁面粒子注射装置；粒子发生器包括进气口、粒子出口和搅拌器；粒子发生器的粒子出口通过高压软管与壁面粒子注射装置连接；壁面粒子注射装置具有一个空腔、一个粒子注射孔和一个薄盖板，空腔上设置有粒子注射孔，粒子注射孔下游设置有压力传感器，空腔的上方设置有薄盖板；解决了现有的PIV示踪粒子播撒方法无法令PIV示踪粒子进入到边界层或超空泡内部的问题，达到了将PIV示踪粒子注入近壁区域，为开展超声速或高超声速边界层转捩和通气超空泡等流动的机理研究提供了良好的技术支撑的效果。

Description

一种PIV示踪粒子壁面播撒装置
技术领域
本发明实施例涉及近壁区域流动测量领域，特别涉及一种PIV示踪粒子壁面播撒装置。
背景技术
传统的流速测量仪器大多只能进行单点测量，且是接触式测量，无法对整个区域内的二维流场进行无扰动测量。随着计算机技术与图像处理技术的快速发展，PIV(Particle Image Velocimetry，粒子图像测速)突破了传统单点测量限制，可以瞬时无接触测量流场中一个截面上的二维速度分布，且具有较高的测量精度。因此，PIV技术被广泛地应用在气流和水流的流体力学研究中。
对于水下运动物体而言，近壁区域流动关系到物体减阻问题；对于空气动力学流动尤其是超声速、高超声速流动，气动加热问题与运动物体近壁区域的流动也密切相关。在利用PIV技术进行全场速度测量时，一些近壁区域的流动测量，比如层流边界层、转捩区域的边界层以及超空泡内部等，采用常规的主流区域示踪粒子播撒方法，即在上游段来流区域播撒示踪粒子，由于边界层或超空泡内部流动缺乏足够的物质和能量交换，会出现示踪粒子难以进入测试的近壁区域的内部，导致相关速度场难以计算的问题。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种PIV示踪粒子壁面播撒装置。该技术方案如下：
第一方面，提供了一种PIV示踪粒子壁面播撒装置，该装置至少包括粒子发生器、高压软管和壁面粒子注射装置；
粒子发生器包括进气口、粒子出口和搅拌器；
粒子发生器的粒子出口通过高压软管与壁面粒子注射装置连接；
壁面粒子注射装置具有一个空腔、一个粒子注射孔和一个薄盖板，空腔上设置有粒子注射孔，粒子注射孔下游设置有压力传感器，空腔的上方设置有薄盖板。
可选的，高压软管上安装有流量计。
可选的，粒子发生器的粒子出口设置在粒子发生器的上端，粒子发生器的进气口设置在粒子发生器的下端。
可选的，搅拌器设置在粒子发生器内的底部；
搅拌器与电动机连接，电动机用于带动搅拌器旋转。
可选的，在使用时壁面粒子注射装置放置在测试区域的内部。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
该PIV示踪粒子壁面播撒装置包括粒子发生器、高压软管和壁面粒子注射装置，粒子发生器包括进气口、粒子出口和搅拌器，粒子发生器的粒子出口通过高压软管与壁面粒子注射装置连接，壁面粒子注射装置具有一个空腔、一个薄盖板和一个粒子注射孔，空腔上设置有粒子注射孔，粒子注射孔下游设置有压力传感器，空腔的上方设置有薄盖板；解决了现有的PIV示踪粒子播撒方法无法令PIV示踪粒子进入到边界层或超空泡内部的问题，达到了将PIV示踪粒子注入近壁区域，为开展超声速或高超声速边界层转捩和通气超空泡等流动的机理研究提供了良好的技术支撑的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种PIV示踪粒子壁面播撒装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本申请公开了一种PIV示踪粒子壁面播撒装置，该装置用于将PIV示踪粒子注入到诸如层流边界层、转捩区域的边界层、超空泡之类的近壁区域。近壁区域具有区域内压力小于大气压力的特征。
在PIV示踪粒子壁面播撒装置使用时，壁面粒子注射装置放置在测试区域比如风洞或水筒的内部，该PIV示踪粒子壁面播撒装置的其他部分放置在测试区域比如风洞或水筒的外部。
请参考图1，其示出了本发明一个示例性实施例示出的一种PIV示踪粒子壁面播撒装置，该装置至少包括粒子发生器2、高压软管5和壁面粒子注射装置7。
粒子发生器2包括进气口1、粒子出口4和搅拌器3。
进气口1用于进入新鲜空气；粒子出口4用于流出带有PIV示踪粒子的空气；搅拌器3用于将放置在粒子发生器2中的PIV示踪粒子扬起，令PIV示踪粒与空气充分混合，使得粒子发生器2中充满PIV示踪粒子。
粒子发生器2的粒子出口4通过高压软管5与壁面粒子注射装置7连接。
PIV示踪粒子通过高压软管5进入壁面粒子注射装置7中。
壁面粒子注射装置7具有一个空腔9、一个粒子注射孔11和一个薄盖板8。
其中空腔9上设置有粒子注射孔11，高压软管5也与空腔9连接，高压软管5将与空气均匀混合的PIV示踪粒子输送至空腔9中，与空气均匀混合的PIV示踪粒子从空腔9上设置的粒子注射孔11流出。
空腔9设置有粒子注射孔11的一侧的上方设置有薄盖板8，薄盖板8与壁面粒子注射装置7之间存在间隙，使得PIV示踪粒子从粒子注射孔11流出后沿着模型壁面顺着主流方向流动，减少粒子注射对测试区域流场的干扰，主流流动方向如图1中L3所示。
空腔9用于保证进入到测试区域的PIV示踪粒子均匀稳定。
粒子注射孔11下游设置有压力传感器10，压力传感器用于对PIV示踪粒子注射的测试区域的流场进行监测，即分别对PIV示踪粒子注射前后的压力进行测量。
为了最大程度地减少PIV粒子注射对测试区域流场的干扰，高压软管5上还安装有流量计6；通过调节流量计6调节PIV示踪粒子的注射流量。
粒子发生器2的粒子出口4设置在粒子发生器2的上端，粒子发生器2的进气口1设置在粒子发生器2的下端。
粒子发生器2的进气口1与大气连通，令粒子发生器2内的压力维持在大气压水平。
进气口1在下端，粒子出口4在上端，有利于PIV示踪粒子与空气均匀混合。
搅拌器3设置在粒子发生器2内的底部。搅拌器3与电动机连接，电动机用于带动搅拌器3旋转。可选的，电动机设置在粒子发生器2的外部，或者，电动机设置在粒子发生器2的内部。
当电动机带动搅拌器3旋转时，粒子发生器2底部的PIV示踪粒子扬起，与空气进行充分混合，使得PIV示踪粒子充满粒子发生器2。
需要说明的是，如图1所示，实际的PIV示踪粒子壁面播撒装置中还包括除上述各个部件之外的其他部件，这些部件都是组成PIV示踪粒子壁面播撒装置的不可或缺的部分，本申请对这些部件不作一一赘述。
本申请公开的PIV示踪粒子播撒装置的工作原理为：
在试验开始前，将PIV示踪粒子壁面播撒装置的壁面粒子注射装置7放置在测试区域内，将干燥的PIV示踪粒子放置在粒子发生器2中，启动电动机带动搅拌器3旋转，新鲜空气L1从粒子发生器2的进气口1不断进入，并与扬起的PIV示踪粒子混合均匀，与空气混合均匀的PIV示踪粒子L2从粒子发生器2的粒子出口流出；由于测试区域内的压力小于大气压力，与空气混合均匀的PIV示踪粒子在压力差的作用下，通过高压软管5进入壁面粒子注射装置7的空腔9中，PIV示踪粒子再从空腔9上的粒子注射孔11中流出，沿着薄盖板8顺着主流方向L3流入测试区域内。
由于在PIV示踪粒子壁面播撒装置工作过程中，进气口1是常开的，粒子发生器2内部的压力一直维持在大气压水平，能够保证通过壁面粒子注射装置7进入到测试区域的PIV示踪粒子浓度的均匀性和稳定性。
利用本发明提供的PIV示踪粒子壁面播撒装置向近壁区域比如高超声速边界层、通气超空泡内播撒PIV示踪粒子，再进行速度场测量，能够得到清晰的速度场结构图，解决了现有的PIV示踪粒子播撒方法无法令PIV示踪粒子进入到边界层或超空泡内部的问题，达到了将PIV示踪粒子注入近壁区域，为开展超声速或高超声速边界层转捩和通气超空泡等流动的机理研究提供了良好的技术支撑的效果。
需要说明的是，PIV示踪粒子壁面播撒装置中粒子发生器2的进气口1还可以连接高压气源，以实现将粒子发生器中的示踪粒子强行注入到任何需要进行粒子示踪的测试区域的效果。
可选的，当粒子发生器通过进气口与高压气源连接时，粒子发生器的材料为耐压材料；当粒子发生器通过进气口与大气连接时，粒子发生器的材料不需要特别限制，比如塑料。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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PIV示踪粒子壁面播撒装置，其特征在于，所述装置包括粒子发生器、高压软管和壁面粒子注射装置；
所述粒子发生器包括进气口、粒子出口和搅拌器；
所述粒子发生器的粒子出口通过所述高压软管与所述壁面粒子注射装置连接；
在使用时所述壁面粒子注射装置放置在测试区域的内部，所述壁面粒子注射装置具有一个空腔、一个粒子注射孔和一个薄盖板，所述空腔上设置有所述粒子注射孔，所述粒子注射孔下游设置有压力传感器，所述空腔的上方设置有所述薄盖板，所述薄盖板与所述壁面粒子注射装置之间存在间隙，使得PIV示踪粒子从所述粒子注射孔流出后沿着模型壁面顺着主流方向流动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压软管上安装有流量计。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述粒子发生器的粒子出口设置在所述粒子发生器的上端，所述粒子发生器的进气口设置在所述粒子发生器的下端。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述搅拌器设置在所述粒子发生器内的底部；
所述搅拌器与电动机连接，所述电动机用于带动所述搅拌器旋转。
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