CN111964869A - 一种流体介质的射流三维形貌测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流体介质射流的压力三维测试装置及测试方法，包括：流体喷射单元和检测单元；检测单元包括接收盘、升降机构、若干压力传感器、透明箱体、控制器和若干支撑柱，接收盘和若干支撑柱均设置于透明箱体内，接收盘水平设置，接收盘上设有若干压力传感器，升降机构与接收盘连接，支撑柱上沿竖直方向设有若干压力传感器，压力传感器均与控制器连接；流体喷射单元包括固‑液‑气装载机构、第一泵、喷嘴夹持机构、喷嘴和点火器，喷嘴安装于喷嘴夹持机构上，固‑液‑气装载机构通过A管路与喷嘴连接，第一泵设置于A管路上。本发明能够实现适应不同种类射流三维流场实验测试、数据采集，满足流体介质射流喷丸材料表面改性的研究以及射流流场分析。

Description

一种流体介质的射流三维形貌测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及流体类介质射流的检测领域，尤其涉及一种流体介质的射流三维形貌测试装置及其测试方法。

背景技术

空化射流技术是是一种新型的表面加工技术，该技术利用空泡溃灭所产生的高速水射流反复锤击待强化表面,使其形成一定厚度的形变硬化层达到强化的目的，已经在煤炭、石油、冶金、机械等行业中得到了广泛应用。

但是由于空化射流的形状是呈锥形向下扩散，且空化射流产生的空化在工件表面呈现环带形，之所以产生环形带，是因为空化射流本身除了竖直方向上呈锥形向下扩散，水平截面上有压力集中的环形空化带。如果只用高速摄像机拍摄只能拍到外层轮廓，内侧轮廓无法得知。所以在不同梯度上的工件强化效果不同，现实中如果想测靶距对空化射流的影响，需要调节靶距，完成一次实验后，才能再继续调节靶距，开始新一轮实验，实验周期很长，十分的耗力。

因此，设计一款适合于流体介质射流压力三维测试装置，用于对不同种类流体介质射流进行测试，以获取真实、可靠的实验数据，对进一步研究和利用射流极为重要。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种流体介质的射流三维形貌测试装置及其测试方法，实现适应不同种类射流三维流场实验测试、数据采集，满足流体介质射流喷丸材料表面改性的研究以及射流流场分析。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种流体介质射流的压力三维测试装置，包括：流体喷射单元和检测单元；

所述检测单元包括接收盘、升降机构、若干压力传感器、透明箱体、控制器和若干支撑柱，所述接收盘和若干所述支撑柱均设置于所述透明箱体内，所述接收盘水平设置，所述接收盘上设有若干压力传感器，所述升降机构与所述接收盘连接，用于使所述接收盘升降，所述支撑柱上沿竖直方向设有若干压力传感器，所述压力传感器均与所述控制器连接；

所述流体喷射单元包括固-液-气装载机构、第一泵、喷嘴夹持机构、喷嘴和点火器，所述喷嘴安装于所述喷嘴夹持机构上，所述固-液-气装载机构通过A管路与所述喷嘴连接，所述第一泵设置于A管路上，所述点火器用于点燃所述喷嘴喷出的气体。

优选地，所述接收盘上的若干所述压力传感器分布于若干同心的环形上。

优选地，若干所述支撑柱沿圆周方向均匀分布于所述接收盘的外侧。

优选地，所述支撑柱上的若干压力传感器呈等间距分布。

优选地，所述检测单元还包括高速摄像机，所述高速摄像机设置于所述透明箱体外，用于拍摄射流形成的空化气泡云撞击所述接受盘的图片，所述高速摄像机与所述控制器连接。

优选地，所述流体喷射单元还包括支架、导杆和手轮螺母，所述导杆的一端与所述喷嘴夹持机构通过螺纹连接，所述导杆的另一端通过所述手轮螺母与所述支架连接。

优选地，所述透明箱体的侧壁上设有溢流口，所述溢流口通过第一管路和第二管路与所述固-液-气装载机构连接，所述第一管路上设有第一阀，所述第二管路上设有第二阀。

一种流体介质射流的压力三维测试装置的测试方法，包括：

开启固-液-气装载机构和第一泵，使得喷嘴喷射固体射流、气体射流或者液体射流；

打开升降机构，使得接收盘缓慢上升，同时所有压力传感器将接收到的信号传递至所述控制器；

所述控制器根据接收到的信号，整理并绘制出整个空化射流的三维形貌。

本发明的有益效果：

1)本发明可以测试固体射流、气体射流和液体射流的三维形貌，本发明通过在接收盘和支撑柱上设置若干压力传感器，在进行喷射试验时，通过升降机构使接收盘缓慢上升，从而使得接收盘上的压力传感器能够测得射流位于不同高度层面的压力，以及测得每个层面上沿环形带的压力分布情况，同时，位于支撑柱上的压力传感器能够测得射流在各个层面上的外延压力分布情况，控制器根据所有压力传感器传递的信号，整理并绘制出整个空化射流的三维形貌，从而得到空化环形带演变过程，及其演变过程中的压力强度大小

2)本发明的高速摄像机可实时拍摄空化射流形成的空化气泡云外轮廓，以便于研究不同梯度下空化气泡云的形态。

3)本发明在透明箱体上设置溢流口，通过第一管路和第二管路分别连通溢流口和固-液-气装载机构，从而实现液体和机械喷丸回流，实现循环利用，从而节省能源。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种流体介质的射流三维形貌测试装置的结构示意图；

图2为图1中接收盘以及接收盘上压力传感器的分布示意图；

图3为图1中喷嘴夹持机构的结构示意图；

图4为图1中支撑柱的分布示意图；

图5为根据本发明实施例的一种流体介质的射流三维形貌测试装置的测试方法流程图。

附图标记：

1.固-液-气装载机构；2.第一泵；3.喷嘴夹持机构；4.手轮螺母；5.导杆；6.点火器；7.支架；8.高速摄像机；9.第一阀；10.溢流口；11.第二阀；12.控制器；13.透明柱形箱体；14.测试台；15.支撑柱；16.升降机构；18.底板；19.接受盘；20.压力传感器；21.连接板；22.喷嘴；23螺钉。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种流体介质的射流三维形貌测试装置及其测试方法。

请参阅图1至图5，根据本发明实施例的一种流体介质的射流三维形貌测试装置包括流体喷射单元和测试单元。

具体的，所述测试单元包括接收盘19、升降机构、若干压力传感器20、透明箱体13、高速摄像机8、控制器12和若干支撑柱15。

透明箱体13为密封柱形箱体，接收盘19和支撑柱15均设置于透明箱体13内，透明箱体13的底侧内壁上设有底板18，升降机构16设置于底板18上，在升降机构16的上方设有隔板，以隔绝喷射的射流对升降机构16产生影响。透明箱体13的底侧内壁上设有若干支撑杆17，用于支撑隔板。接收盘19为圆形，设于隔板的上方，升降机构16的升降杆穿过隔板与接收盘19连接，以实现接收盘19的升降。本实施例的升降机构16可为升降电机、液压缸等，在此不再赘述其具体结构。

如图2所示，接收盘19上的若干所述压力传感器20分布于若干同心的环形上，以测量射流位于同一高度层面上沿各个环形带的压力情况，即压力较大处的压力情况。

如图4所示，本实施例中的支撑柱15的个数为三个，三个支撑柱15均竖直设置于隔板上，并以接收盘19的圆心为中心沿圆周方向均布，每个支撑柱15上沿竖直方向均设有若干压力传感器20，且每个支撑柱15上的压力传感器呈等间距分布。

所述流体喷射单元包括固-液-气装载机构1、第一泵2、喷嘴夹持机构3、喷嘴22、点火器6、支架7、导杆5和手轮螺母4，如图3所示，喷嘴夹持机构3包括螺钉23和连接板21，喷嘴27通过螺钉23与连接板21连接，需要更换喷嘴22时，只需旋钮螺钉23。所述固-液-气装载机构1通过A管路与所述喷嘴22连接，所述第一泵2设置于A管路上，所述点火器6用于点燃所述喷嘴22喷出的气体，如果气体需要燃烧状态的话，可打开点火器6，经过喷嘴27喷射至接收盘19上。所述导杆5的一端与喷嘴夹持机构3通过螺纹连接，所述导杆5的另一端通过手轮螺母与所述支架7连接，试验前通过调整导杆使喷嘴处于合适的位置，再通过手轮螺母4来锁紧导杆5与支架7。通过流体喷射单元可向接收盘19喷射固体射流、气体射流和液体射流。

透明箱体13的侧壁上靠近底部设有溢流口，所述溢流口通过第一管路和第二管路与所述固-液-气装载机构1连接，所述第一管路上设有第一阀9，所述第二管路上设有第二阀11，第一管路用于将固体回收至固-液-气装载机构1，第二管路用于将液体回收至固-液-气装载机构1。

高速摄像机8设置于所述透明箱体13外，高速摄像机8和所有压力传感器20均与控制器12连接，通过升降机构使接收盘19缓慢上升，从而使得接收盘上24上的压力传感器20能够测得射流位于不同高度层面的压力，以及测得每个层面上沿环形带的压力分布情况，同时，位于支撑柱15上的压力传感器20能够测得射流在各个层面上的外延压力分布情况，控制器12根据所有压力传感器20传递的信号，整理并绘制出整个空化射流的三维形貌，从而得到空化环形带演变过程，及其演变过程中的压力强度大小。高速摄像机8可实时拍摄空化射流形成的空化气泡云外轮廓，以便于研究不同梯度下空化气泡云的形态。

如图5所示，根据本发明实施例的一种流体介质射流的压力三维测试装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤一：开启固-液-气装载机构1和第一泵2，使得喷嘴向接收盘19喷射固体射流、气体射流或者液体射流，如果气体需要燃烧状态的话，可打开点火器6；

步骤二：打开升降机构，使得接收盘19缓缓上升以便快速测试出沿射流轴线不同高度处不同位置的压力分布状态，通过控制端处理数据后，可以获得射流沿轴向截面的流场内不同位置的压力分布，如果需要测试其中某一高度位置，也可在接受盘24处于该位置时升降机构16，使升降机构16固定在某一高度，通过接收盘19上不同位置的压力传感器测得射流在沿径向上的压力变化，同时所有压力传感器20将接收到的信号传递至所述控制器12；

步骤三：如果射流固体，打开第一阀9，使固体通过溢流口10再次回到固-液-气装载机构1，如果射流是液体，打开第二阀11，使液体通过溢流口10再次回到固-液-气装载机构1；

步骤四：所述控制器12根据接收到的信号，整理并绘制出整个空化射流的三维形貌。

进一步地，若要研究不同梯度下空化气泡对工件的强化影响，则在接收盘19缓慢上升的同时开始高速摄像机8，通过高速摄像机8拍摄空化射流形成的空化气泡云撞击接受盘的图片。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种流体介质射流的压力三维测试装置，其特征在于，包括：流体喷射单元和检测单元；

所述检测单元包括接收盘(19)、升降机构(16)、若干压力传感器(20)、透明箱体(13)、控制器(12)和若干支撑柱(15)，所述接收盘(19)和若干所述支撑柱(15)均设置于所述透明箱体(13)内，所述接收盘(19)水平设置，所述接收盘(19)上设有若干压力传感器(20)，所述升降机构(16)与所述接收盘(19)连接，用于使所述接收盘(19)升降，所述支撑柱(15)上沿竖直方向设有若干压力传感器(20)，所述压力传感器(20)与所述控制器(12)连接；

所述流体喷射单元包括固-液-气装载机构(1)、第一泵(2)、喷嘴夹持机构(3)、喷嘴(22)和点火器(6)，所述喷嘴(22)安装于所述喷嘴夹持机构(3)上，所述固-液-气装载机构(1)通过A管路与所述喷嘴(22)连接，所述第一泵(2)设置于A管路上，所述点火器(6)用于点燃所述喷嘴喷出的气体。

2.根据权利要求1所述的流体介质射流的压力三维测试装置，其特征在于，所述接收盘(19)上的若干所述压力传感器(20)分布于若干同心的环形上。

3.根据权利要求1所述的流体介质射流的压力三维测试装置，其特征在于，若干所述支撑柱(15)沿圆周方向均匀分布于所述接收盘(19)的外侧。

4.根据权利要求3所述的流体介质射流的压力三维测试装置，其特征在于，所述支撑柱(15)上的若干压力传感器(20)呈等间距分布。

5.根据权利要求1所述的流体介质射流的压力三维测试装置，其特征在于，所述检测单元还包括高速摄像机(8)，所述高速摄像机(8)设置于所述透明箱体(13)外，用于拍摄射流形成的空化气泡云撞击所述接受盘(24)的图片，所述高速摄像机(8)与所述控制器(12)连接。

6.根据权利要求1所述的流体介质射流的压力三维测试装置，其特征在于，所述流体喷射单元还包括支架(7)、导杆(5)和手轮螺母(4)，所述导杆(5)的一端与所述喷嘴夹持机构(3)通过螺纹连接，所述导杆(5)的另一端通过所述手轮螺母与所述支架(7)连接。

7.根据权利要求1所述的流体介质射流的压力三维测试装置，其特征在于，所述透明箱体(13)的侧壁上设有溢流口，所述溢流口通过第一管路和第二管路与所述固-液-气装载机构(1)连接，所述第一管路上设有第一阀(9)，所述第二管路上设有第二阀(11)。

8.根据权利要求1所述的流体介质射流的压力三维测试装置的测试方法，其特征在于，包括：

开启固-液-气装载机构(1)和第一泵(2)，使得喷嘴喷射固体射流、气体射流或者液体射流；

打开升降机构(16)，使得接收盘(19)缓慢上升，同时所有压力传感器(20)将接收到的信号传递至所述控制器(12)；

所述控制器(12)根据接收到的信号，整理并绘制出整个空化射流的三维形貌。

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