CN110930835A - 一种piv教学试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于教学试验领域，具体设计一种PIV教学试验装置，包括高速照相机、液晶显示器、激光器、电动机、桨轴、螺旋桨、升降杆、固定架、滑轮、夹具、循环水池、整流网、粒子播撒器、玻璃池壁、高性能电脑、基座、液压升降平台、水平调整器、连接平台、电磁滑块、第一电磁滑轨、第二电磁滑轨、滑动平台等主要部件。固定架通过滚轮和循环水池连接在一起，并且通过升降杆和夹具连接在一起，可以调整要测量的物体的位置，能够通PIV装置测量物体各个部位。粒子播撒器可以调整粒子播撒速度，使PIV成像效果更好。本发明可以在电脑上实时观察模型周围的流场变化，形象生动，有利于促进学生对流体力学的学习。本发明加工制作工艺简单，成本低，操作简便。

Description

一种PIV教学试验装置
技术领域
本发明属于教学试验领域，具体设计一种PIV教学试验装置。
背景技术
由于物体周围的流场不容易观察到，所以对于学生对于流体力学的学习比较抽象，目前实验流体力学中可将流场可视化的工具之一是粒子图像测速技术(PIV)，目前使用较多的是二维粒子图像测速技术，但是二维粒子图像测速技术只能测量单一截面的流场，不能够形象的显现出整个流场的变化，而且成像也不够清晰，对于学生理解和学习造成不便。现有的相机和激光器平台不能精确地全方位移动，并且循环水池10共振时，会引起相机和激光器的晃动，对实验的准确性产生不良影响。针对这个问题，本专利发明了一种PIV教学试验装置，通过四个高速相机从不同角度拍摄，并且可以全方位调整激光器和相机的位置，相机和激光器平台稳定性高，能够准确模拟模型各个位置的流场变化以及流速变化。通过软件处理可以模型周围的三维流场形态，且能获得大量空间点在不同时刻速度变化情况，本发明可以使模型周围的流场形象生动的显现出来，有利于学生通过观察和分析模型周围的流场，来学习掌握流体力学，可以激发学生的学习兴趣。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低，易于生产制造，使用和操作方便，不污染水池水质，能够有利于学生学习和理解流场的PIV教学试验装置。
一种PIV教学试验装置，该装置包括：第一高速照相机1、激光器2、电动机3、桨轴4、螺旋桨5、升降杆6、固定架7、滑轮8、夹具9、循环水池10、粒子播撒器11、整流网12、玻璃池壁13、高性能电脑14、第二高速相机15、第三高速照相机24、第四高速照相机25以及移动控制装置，所述第一高速照相机1和高性能电脑14连在一起；所述的循环水池10连接在玻璃池壁13的两端，所述的第一高速照相机1、激光器2、第二高速相机15、第三高速照相机24、第四高速照相机25安装在移动控制装置上放置于循环水池10的两侧；所述的电动机3通过桨轴4和螺旋桨5连接在一起，螺旋桨5安装在循环水池10中；所述的固定架7通过滚轮(8)和循环水池10连接在一起，固定架7通过升降杆6和夹具9连接在一起；粒子播撒器11固定在玻璃池壁13上，整流网12安装在玻璃池壁13中。
所述的移动控制装置包括基座16、液压升降平台17、水平调整器18、连接平台19、第一电磁滑轨20、电磁滑块21、第二电磁滑轨22以及滑动平台23；所述的基座16和液压升降平台17连接在一起，液压升降平台17通过水平调整器18和连接平台19连接在一起，第一电磁滑轨20、电磁滑块21、第二电磁滑轨22将滑动平台23和连接平台19连接在一起。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明所使用的粒子是无污染的环保粒子，不会污染循环水池10的水，由于PIV示踪粒子的密度稍微大于水的密度，所以实验完，示踪粒子会沉淀；
(2)本发明可以全方位调整激光器和相机的位置，相机和激光器平台稳定性高，通过不同的组合方式，可以拍到不同的截面，通过软件处理后可以构建三维的流场信息图，能够准确模拟模型各个位置的流场变化以及流速变化；
(3)本发明可以在电脑上实时观察模型周围的流场变化，形象生动，有利于促进学生对流体力学的学习；
(4)本发明加工制作工艺简单，成本低，操作简便，易于生产制造。
附图说明
图1为一种PIV教学试验装置示意图。
图2为一种PIV教学试验装置正视图。
图3为一种PIV教学试验装置侧视图。
图4为一种PIV教学试验装置俯视图。
图5为一种PIV教学试验装置相机平台示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
一种PIV教学试验装置，包括第一高速照相机1、激光器2、电动机3、桨轴4、螺旋桨5、升降杆6、固定架7、滑轮8、夹具9、循环水池10、整流网12、粒子播撒器11、玻璃池壁13、高性能电脑14、第二高速相机15、基座16、液压升降平台17、水平调整器18、连接平台19、第一电磁滑轨20、电磁滑块21、第二电磁滑轨22、滑动平台23、第三高速照相机24，第四高速照相机25等主要部件。
该装置包括第一高速照相机1、激光器2、电动机3、桨轴4、螺旋桨5、升降杆6、固定架7、滑轮8、夹具9、整流网12、粒子播撒器11、玻璃池壁13、高性能电脑14等主要部件。其中，固定架7通过滑轮8和循环水池10连接在一起，固定架7通过升降杆6和夹具9连接在一起，可以调整要测量的模型的左右上下位置。电动机3通过桨轴4和螺旋桨5连接在一起。第一高速照相机1和高性能电脑14连载一起，可以通过软件实时处理高速相机拍摄的照片，来模拟实时流场。粒子播撒器11固定在玻璃池壁13上。基座16和液压升降平台17连接在一起，液压升降平台17通过水平调整器18和连接平台19连接在一起，第一电磁滑轨20、电磁滑块21、第二电磁滑轨22将滑动平台23和连接平台19连接在一起。通过遥控器控制液压升降平台，能够使相机和激光器上下移动，通过遥控器控制电磁滑轨上的电磁滑块一，能够使相机和激光器沿循环水池10长度方向移动，通过遥控器控制电磁滑轨二上的滑动平台，能够使相机和激光器沿循环水池10宽度方向移动，从而实现相机和激光器全方位移动。第一高速照相机1和激光器2的位置是可以全方位调整的，能够模拟模型各个部位周围的流场。
固定架7通过滚轮和循环水池10连接在一起，并且通过升降杆6和夹具9连接在一起，可以调整要测量的物体的位置，能够通PIV装置测量物体各个部位。粒子播撒器11可以调整粒子播撒速度，使PIV成像效果更好。本发明可以全方位调整激光器和相机的位置，相机和激光器平台稳定性高，通过不同的组合方式，可以拍到不同的截面，通过软件处理后可以构建三维的流场信息图，能够准确模拟模型各个位置的流场变化以及流速变化。本发明可以在电脑上实时观察模型周围的流场变化，形象生动，有利于促进学生对流体力学的学习。本发明所用的粒子是无污染的环保粒子，不会污染循环水池10的水。本发明可以测量多种模型，比如船模、减摇鳍、圆柱、水翼等。
本发明涉及一种PIV教学试验装置，包括高速照相机(四台)、液晶显示器、激光器、电动机3、桨轴4、螺旋桨5、升降杆6、固定架7、滑轮8、夹具9、循环水池10、整流网12、粒子播撒器11、玻璃池壁13、高性能电脑、基座、液压升降平台、水平调整器、连接平台、电磁滑块、电磁滑轨一、电磁滑轨二、滑动平台等主要部件。固定架7通过滚轮和循环水池10连接在一起，并且通过升降杆6和夹具9连接在一起，可以调整要测量的物体的位置，能够通PIV装置测量物体各个部位。粒子播撒器11可以调整粒子播撒速度，使PIV成像效果更好。并且本发明所使用的粒子是无污染的环保粒子，不会污染循环水池10的水，由于PIV示踪粒子的密度稍微大于水的密度，所以实验完，示踪粒子会沉淀。本发明通过激光器发射的片光源照射流场中某一截面的粒子，利用四台高速相机从不同的角度拍摄，通过软件处理可以模型周围的三维流场形态，且能获得大量空间点在不同时刻速度变化情况。本发明可以全方位调整激光器和相机的位置，相机和激光器平台稳定性高，通过不同的组合方式，可以拍到不同的截面，通过软件处理后可以构建三维的流场信息图，能够准确模拟模型各个位置的流场变化以及流速变化。本发明可以在电脑上实时观察模型周围的流场变化，形象生动，有利于促进学生对流体力学的学习。本发明加工制作工艺简单，成本低，操作简便。

Claims (2)

1.一种PIV教学试验装置，其特征在于，该装置包括：第一高速照相机(1)、激光器(2)、电动机(3)、桨轴(4)、螺旋桨(5)、升降杆(6)、固定架(7)、滑轮(8)、夹具(9)、循环水池(10)、粒子播撒器(11)、整流网(12)、玻璃池壁(13)、高性能电脑(14)、第二高速相机(15)、第三高速照相机(24)、第四高速照相机(25)以及移动控制装置，所述第一高速照相机(1)和高性能电脑(14)连在一起；所述的循环水池(10)连接在玻璃池壁(13)的两端，所述的第一高速照相机(1)、激光器(2)、第二高速相机(15)、第三高速照相机(24)、第四高速照相机(25)安装在移动控制装置上放置于循环水池(10)的两侧；所述的电动机(3)通过桨轴(4)和螺旋桨(5)连接在一起，螺旋桨(5)安装在循环水池(10)中；所述的固定架(7)通过滑轮(8)和循环水池(10)连接在一起，固定架(7)通过升降杆(6)和夹具(9)连接在一起；粒子播撒器(11)固定在玻璃池壁(13)上，整流网(12)安装在玻璃池壁(13)中。
2.根据权利要求1所述的一种PIV教学试验装置，其特征在于，所述的移动控制装置包括基座(16)、液压升降平台(17)、水平调整器(18)、连接平台(19)、第一电磁滑轨(20)、电磁滑块(21)、第二电磁滑轨(22)以及滑动平台(23)；所述的基座(16)和液压升降平台(17)连接在一起，液压升降平台(17)通过水平调整器(18)和连接平台(19)连接在一起，第一电磁滑轨(20)、电磁滑块(21)、第二电磁滑轨(22)将滑动平台(23)和连接平台(19)连接在一起。
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