CN111351632B - 一种梢涡空化涡唱产生方法 - Google Patents

一种梢涡空化涡唱产生方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111351632B
CN111351632B CN202010332496.8A CN202010332496A CN111351632B CN 111351632 B CN111351632 B CN 111351632B CN 202010332496 A CN202010332496 A CN 202010332496A CN 111351632 B CN111351632 B CN 111351632B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cavitation
test
vortex
tip vortex
tip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010332496.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111351632A (zh
Inventor
曹彦涛
徐良浩
宋明太
刘玉文
彭晓星
吕江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
702th Research Institute of CSIC
Original Assignee
702th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 702th Research Institute of CSIC filed Critical 702th Research Institute of CSIC
Priority to CN202010332496.8A priority Critical patent/CN111351632B/zh
Publication of CN111351632A publication Critical patent/CN111351632A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111351632B publication Critical patent/CN111351632B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00—Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种梢涡空化涡唱产生方法，涉及水动力技术领域，该方法在实验室状态下搭建完试验结构后，在一定水速降低压力达到较低的空化数使梢涡空化充分发展，再缓慢施加背景压力使梢涡空化减弱直至临近涡唱状态前停止加压，然后梢涡空化会由稳定状态变为涡唱的不稳定状态，保持压力不变梢涡空化最终会回到稳定状态、涡唱结束，该方法通过先降压后加压的方式，建立了一套在实验室条件下利用空泡试验设备产生涡唱的方法，提供了涡唱产生的必要因素和试验操作流程，便于研究涡唱现象的特征和规律。

Description

一种梢涡空化涡唱产生方法
技术领域
本发明涉及水动力技术领域，尤其是一种梢涡空化涡唱产生方法。
背景技术
涡唱是指梢涡空化在特定状态下会产生一定频率辐射噪声的现象，是梢涡空化特有的一种重要特征，但自其被发现至今，在过去几十年中，世界范围内只有少数空化试验设备中在某些特定工况下可以偶然观察到此现象，且均难以重复，因此限制了对其产生机理的研究和认识。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种梢涡空化涡唱产生方法，本发明的技术方案如下：
一种梢涡空化涡唱产生方法，该方法包括：
搭建试验结构，试验结构包括空泡试验设备、高速相机、试验模型和控制器，试验模型安装在空泡试验设备内部的试验段处，空泡试验设备在试验段处具有透明的观察窗，高速相机安装在空泡试验设备外部透过观察窗朝向试验模型；空泡试验设备内部的水速和试验段的背景压力可调，控制器连接并控制空泡试验设备，控制器还连接高速相机并获取高速相机实时采集到的试验模型的试验图像；
控制器控制空泡试验设备内部的水速保持不变并控制降低试验段的背景压力使梢涡空化发展，当根据试验图像检测到梢涡空化达到充分发展状态时停止降低背景压力；
控制器控制增加试验段的背景压力使梢涡空化减弱，当根据试验图像检测到梢涡空化达到预定状态时停止增加背景压力；
控制器控制空泡试验设备试验段的背景压力保持不变并持续第一预定时长，梢涡空化由稳定状态变为不稳定状态形成涡唱。
其进一步的技术方案为，梢涡空化的预定状态为梢涡空化呈透明螺旋状结构且与试验模型连接无间断、同时附着在试验模型表面的部分的尺度大于梢涡空化直径的透明片状空化的状态。
其进一步的技术方案为，梢涡空化的充分发展状态为梢部出现片空化的状态。
其进一步的技术方案为，当梢涡空化形成涡唱时，梢涡空化的径向周期性的变大缩小、同一流向位置上呈呼吸状变化并产生辐射噪声，在频谱上呈现线谱特征且具有倍频。
其进一步的技术方案为，当梢涡空化形成涡唱后，控制器控制空泡试验设备试验段的背景压力继续保持不变，涡唱持续第二预定时长后，梢涡空化由不稳定状态重新变回稳定状态，涡唱消失且梢涡空化的半径相较于涡唱形成时的半径减小。
其进一步的技术方案为，空泡试验设备为空泡水筒或水槽。
其进一步的技术方案为，试验模型为水翼或带自由端的断面。
本发明的有益技术效果是：
本申请提供了一种梢涡空化涡唱产生方法，该方法在实验室状态下搭建完试验结构后，在一定水速降低压力达到较低的空化数使梢涡空化充分发展，再缓慢施加背景压力使梢涡空化减弱直至临近涡唱状态前停止加压，然后梢涡空化会由稳定状态变为涡唱的不稳定状态，保持压力不变梢涡空化最终会回到稳定状态、涡唱结束，该方法通过先降压后加压的方式，建立了一套在实验室条件下利用空泡试验设备产生涡唱的方法，提供了涡唱产生的必要因素和试验操作流程，可以便于研究涡唱现象的特征和规律。且该方法通用性高，既适用于小型空泡水筒也适用于各种大型可变压力的水槽。
附图说明
图1是本申请提供的梢涡空化涡唱产生方法的方法流程图。
图2是本申请搭建的试验结构的结构示意图。
图3是梢涡空化达到充分发展状态时的状态示意图。
图4是梢涡空化达到临近涡唱前的预定状态时的状态示意图。
图5是梢涡空化在涡唱形成时的状态示意图。
图6是梢涡空化涡唱消失后的状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请提供了一种梢涡空化涡唱产生方法，可以在实验室条件下控制梢涡空化产生涡唱现象，有利于梢涡空化涡唱特征的研究以及涡唱现象规律的研究，该方法包括如下如下步骤，请参考图1所示的流程图：
步骤S1，搭建试验结构，请参考图2，试验结构包括空泡试验设备1、高速相机2、试验模型3和控制器，请参考图2所示的架构示意图，试验模型3安装在空泡试验设备1内部的试验段处，空泡试验设备1在试验段处具有透明的观察窗，如图2中阴影部分表示不透明处，两侧阴影之间部分表示透明观察窗。高速相机2安装在空泡试验设备1外部透过观察窗朝向试验模型3。
其中，空泡试验设备内部的水速和试验段的背景压力可调，本申请中的空泡试验设备为可以产生空化且可变压力和水槽的任意设备，可以是小型的空泡水筒，也可以是中大型的水槽。
试验模型为能够产生梢涡空化的模型，常见的比如水翼或带自由端的断面。
控制器连接并控制空泡试验设备的水速和背景压力，控制器还连接高速相机。搭建完试验结构后，即可以利用该试验结构开始试验从而产生涡唱，在试验过程中，高速相机实时采集试验模型的试验图像并发送给控制器。
步骤S2，控制器控制空泡试验设备内部的水速保持不变并控制降低试验段的背景压力以达到一个较低的空化数，使梢涡空化发展。控制器根据获取到的试验图像利用现有的图像处理技术即可以识别出梢涡空化的状态，当根据试验图像检测到梢涡空化达到充分发展状态时停止降低背景压力，梢涡空化的充分发展状态为梢部出现片空化的状态，如图3所示，控制器的具体图像识别和检测方法可以采用现有技术实现，本申请不详细说明。
步骤S3，控制器控制增加试验段的背景压力使梢涡空化减弱，通常压力增速小于一个预先设定的增速值，从而保证背景压力缓慢增加。当控制器根据试验图像检测到梢涡空化达到预定状态时停止增加背景压力，在本申请中，梢涡空化的预定状态为梢涡空化临近涡唱的状态，梢涡空化呈透明螺旋状结构且与试验模型连接无间断、同时附着在试验模型表面的部分的尺度大于梢涡空化直径的透明片状空化的状态，如图4所示。
步骤S4，控制器控制空泡试验设备试验段的背景压力保持不变并持续第一预定时长，然后梢涡空化会由临近涡唱发生前的稳定状态变为不稳定状态，梢涡空化表面波调制频率与涡空泡自然振荡频率之间共振形成涡唱，此时梢涡空化的径向周期性的变大缩小、同一流向位置上呈呼吸状变化并产生一定频率的辐射噪声，在频谱上呈现线谱特征且具有倍频。
步骤S5，当梢涡空化形成涡唱后，涡唱会持续第二预定时长，该第二预定时长为几十秒至几分钟不等。控制器控制空泡试验设备试验段的背景压力继续保持不变，最终梢涡空化会由不稳定状态重新变回稳定状态，涡唱消失且梢涡空化的半径相较于涡唱形成时的半径明显减小，请对比图5和6，图5为涡唱形成时的梢涡空化状态示意图，图6为涡唱消失后的梢涡空化状态示意图。
需要说明的是，在实际应用时，也可以人为透过空泡试验设备的观察窗辅助观察梢涡空化的状态。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种梢涡空化涡唱产生方法，其特征在于，所述方法包括：
搭建试验结构，所述试验结构包括空泡试验设备、高速相机、试验模型和控制器，所述试验模型安装在所述空泡试验设备内部的试验段处，所述空泡试验设备在所述试验段处具有透明的观察窗，所述高速相机安装在所述空泡试验设备外部透过所述观察窗朝向所述试验模型；所述空泡试验设备内部的水速和试验段的背景压力可调，所述控制器连接并控制所述空泡试验设备，所述控制器还连接所述高速相机并获取所述高速相机实时采集到的所述试验模型的试验图像；
所述控制器控制所述空泡试验设备内部的水速保持不变并控制降低试验段的背景压力使梢涡空化发展，当根据所述试验图像检测到梢涡空化达到充分发展状态时停止降低背景压力；
所述控制器控制增加试验段的背景压力使梢涡空化减弱，当根据所述试验图像检测到梢涡空化达到预定状态时停止增加背景压力；梢涡空化的所述预定状态为梢涡空化呈透明螺旋状结构且与所述试验模型连接无间断、同时附着在所述试验模型表面的部分的尺度大于梢涡空化直径的透明片状空化的状态；
所述控制器控制所述空泡试验设备试验段的背景压力保持不变并持续第一预定时长，梢涡空化由稳定状态变为不稳定状态形成涡唱。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，梢涡空化的所述充分发展状态为梢部出现片空化的状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当梢涡空化形成涡唱时，梢涡空化的径向周期性的变大缩小、同一流向位置上呈呼吸状变化并产生辐射噪声，在频谱上呈现线谱特征且具有倍频。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当梢涡空化形成涡唱后，所述控制器控制所述空泡试验设备试验段的背景压力继续保持不变，涡唱持续第二预定时长后，梢涡空化由不稳定状态重新变回稳定状态，涡唱消失且梢涡空化的半径相较于涡唱形成时的半径减小。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述空泡试验设备为空泡水筒或水槽。
6.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述试验模型为水翼或带自由端的断面。
CN202010332496.8A 2020-04-24 2020-04-24 一种梢涡空化涡唱产生方法 Active CN111351632B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010332496.8A CN111351632B (zh) 2020-04-24 2020-04-24 一种梢涡空化涡唱产生方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010332496.8A CN111351632B (zh) 2020-04-24 2020-04-24 一种梢涡空化涡唱产生方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111351632A CN111351632A (zh) 2020-06-30
CN111351632B true CN111351632B (zh) 2021-11-12

Family

ID=71195200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010332496.8A Active CN111351632B (zh) 2020-04-24 2020-04-24 一种梢涡空化涡唱产生方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111351632B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114018540B (zh) * 2021-09-26 2023-10-03 中国北方车辆研究所 一种动边界梢涡空化实验装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101372151B1 (ko) * 2013-03-14 2014-03-07 한국해양과학기술원 대형캐비테이션터널에서 와류생성기의 자동 각도조절에 의한 시험방법
CN104807612A (zh) * 2015-05-05 2015-07-29 北京理工大学 基于循环水洞的非定常空化流动多场同步测量系统
CN108387363A (zh) * 2018-03-08 2018-08-10 重庆交大国科航科技有限公司 一种水流空泡试验系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101372151B1 (ko) * 2013-03-14 2014-03-07 한국해양과학기술원 대형캐비테이션터널에서 와류생성기의 자동 각도조절에 의한 시험방법
CN104807612A (zh) * 2015-05-05 2015-07-29 北京理工大学 基于循环水洞的非定常空化流动多场同步测量系统
CN108387363A (zh) * 2018-03-08 2018-08-10 重庆交大国科航科技有限公司 一种水流空泡试验系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Generation of abnormal acoustic noise:Singing of a cavitating tip vortex;Xiaoxing Peng 等;《Physical Review Fluids 2, 053602》;20170515;正文第II节 *
空化水动力学非定常特性研究进展及展望;季斌 等;《力学进展》;20190208;第49卷;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111351632A (zh) 2020-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111351632B (zh) 一种梢涡空化涡唱产生方法
Heenan et al. Passive control of pressure fluctuations generated by separated flow
Goedde et al. Experiments on liquid jet instability
Shew et al. Force measurements on rising bubbles
Ryu et al. Runup and green water velocities due to breaking wave impinging and overtopping
Gursul Recent developments in delta wing aerodynamics
Sayyaadi Instability of the cavitating flow in a venturi reactor
Cardoso et al. Steady gradually accelerating flow in a smooth open channel
Gomes et al. Fluid–structure interaction-induced oscillation of flexible structures in laminar and turbulent flows
Yan et al. Fluid cavitation detection method with phase demodulation of ultrasonic signal
JP2013181496A (ja) 波力発電装置及びその制御方法
Arndt et al. The singing vortex
Knapp Cavitation mechanics and its relation to the design of hydraulic equipment
Xu et al. Performance of single-cylinder VIVACE converter for hydrokinetic energy harvesting from flow-induced vibration near a free surface
Elliott et al. Dynamic stall due to unsteady marginal separation
Chen et al. Wall-proximity effects on vortex-induced vibrations of a circular cylinder
Scharnowski et al. Shock-buffet analysis on a supercritical airfoil with a pitching degree of freedom
Zeng et al. Experimental investigation of the hydrodynamic damping of a vibrating hydrofoil in cavitating flow
CN109387352A (zh) 一种用于波浪驱动无人水面机器人的实验平台
JP5543625B2 (ja) 波力発電装置及びその制御方法
Sun et al. Gas-liquid two-phase flow pattern identification by differential pressure and ultrasonic echoes
Crum et al. Effect of dilute polymer additives on the acoustic cavitation threshold of water
Brown et al. The tensile behaviour of elastic liquids under dynamic stressing
Maldonado Active Flow Control of Wind Turbine Blades
Kulik Concerning the features of deformation of a compliant coating by pressure pulsations in a turbulent boundary layer

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant