CN112665814B - 一种速度型面可调的流体生成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种速度型面可调的流体生成系统，包括气流管道，气流管道包括：速度型面调节段，速度型面调节段内设有调节机构，以调节气流的速度型面；速度型面发展段，与速度型面调节段相连，以调节气流速度型面的边界层厚度；速度型面观察段，与速度型面发展段相连，速度型面观察段内设有检测机构，以检测气流的速度型面。其基于调节机构，实现不同速度型面的产生与控制，从而能够在细致的流场分析实验中，模拟实际工程中存在的速度不均匀的速度型面，从而分析速度不均匀对流场特性和设备性能的影响；并通过检测机构进行速度型面测量分析，反馈调节格栅结构和发展段长度，达到目标流体速度型面，得到流场较为精准，满足精细光学流场分析的要求。

Description

一种速度型面可调的流体生成系统

技术领域

本发明涉及流体生成技术领域，具体是一种速度型面可调的流体生成系统。

背景技术

目前实际的工程情况下，流体流动经常呈现速度不均匀的现象，例如由于流体管路的长度影响，流动出现较厚的附面层，从而出现靠近管道壁面处的速度较低、流体中心区速度较好的速度型面；在飞行器飞行过程中，由于飞行攻角的变化，也会导致进气道来流空气的速度不均匀现象。而在精细化的流场实验中，极少考虑速度不均匀对于流场特性和设备性能的影响。

发明内容

针对上述现有技术中存在的一项或多项不足，本发明提供一种速度型面可调的流体生成系统，实现不同速度型面的产生与控制，从而能够在细致的流场分析实验中，模拟实际工程中存在的速度不均匀的速度型面，从而分析速度不均匀对流场特性和设备性能的影响。

为实现上述目的，本发明提供一种速度型面可调的流体生成系统，包括能够通过气流的气流管道，所述气流管道包括：

速度型面调节段，所述速度型面调节段内设有调节机构，以用于调节气流的速度型面；

速度型面发展段，与速度型面调节段相连，以用于调节气流速度型面的边界层厚度；

速度型面观察段，与速度型面发展段相连，所述速度型面观察段内设有检测机构，以用于检测气流的速度型面。

在其中一个实施例中，所述速度型面调节段包括第一管体，所述第一管体为矩形管道结构；

所述调节机构包括若干格栅件，各格栅件可拆卸的安装在第一管体上同一截面的位置；

当所有格栅件均安装在第一管体上时，各格栅件依次接触相连，使得所有的格栅件共同封堵第一管体，以用于通过拆卸格栅件来改变第一管体内的流道口径与位置，实现形成不同速度型面流体的目的。

在其中一个实施例中，所述第一管体的一个侧壁上沿竖向设有若干通孔，所述通孔与格栅件一一对应；

所述第一管体上与通孔所在侧壁相对的另一个侧壁的内壁上设有与通孔一一对应的沉孔；

所述格栅件的一端位于第一管体外，另一端依次穿过对应的通孔与第一管体的管腔后嵌入对应的沉孔。

在其中一个实施例中，所述通孔与格栅件的连接缝隙处设有第一密封结构。

在其中一个实施例中，所述格栅件为圆柱或棱柱。

在其中一个实施例中，当所有格栅件均安装在第一管体上时，所述格栅件的数量为奇数。

在其中一个实施例中，所述速度型面发展段包括同轴的第二管体与第三管体；

所述第二管体的一端与速度型面调节段相连，所述第二管体的另一端滑动连接在第三管体的一端内，所述第三管体的另一端与速度型面观察段相连；或

所述第三管体的一端与速度型面观察段相连，所述第三管体的另一端滑动连接在第二管体的一端内，所述第二管体的另一端与速度型面调节段相连；以使得第二管体与第三管体共同组成伸缩管结构，进而改变速度型面发展段的整体轴向长度，实现调节气流速度型面的边界层厚度的目的。

在其中一个实施例中，所述第二管体内设有蜂窝整流器，以用于减少大尺度涡流扰动。

在其中一个实施例中，所述第二管体与第三管体的连接缝隙处设有第二密封结构。

在其中一个实施例中，所述速度型面观察段包括第四管体，所述检测机构为设在第四管体内的光学测量装置。

本发明提供的一种速度型面可调的流体生成系统，其基于调节机构，实现不同速度型面的产生与控制，从而能够在细致的流场分析实验中，模拟实际工程中存在的速度不均匀的速度型面，从而分析速度不均匀对流场特性和设备性能的影响；并通过检测机构进行速度型面测量分析，反馈调节格栅结构和发展段长度，达到目标流体速度型面，得到流场较为精准，满足精细光学流场分析的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中速度型面可调的流体生成系统产生第一种速度型面流体的结构剖视图；

图2为本发明实施例中格栅件为棱柱且均安装在第一管体上时的结构剖视图；

图3为本发明实施例中格栅件为圆柱且均安装在第一管体上时的结构剖视图；

图4为本发明实施例中速度型面可调的流体生成系统产生第二种速度型面流体的结构剖视图。

附图标号：速度型面调节段1、第一管体101、格栅件102、速度型面发展段2、第二管体201、第三管体202、蜂窝整流器203、速度型面观察段3、第四管体301、光学测量装置302。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，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“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示为本实施例所公开的一种速度型面可调的流体生成系统(以下简称“本系统”)，包括能够通过气流的气流管道，该气流通道由依次相连的速度型面调节段1、速度型面发展段2与速度型面观察段3组成。其中，速度型面调节段1与外部的流体流入管道相连，以使得气体流入本系统，速度型面观察段3与外部的流体流出管道相连，以使得调节过速度型面后的气体流出本系统。

本实施例中，速度型面调节段1内设有调节机构，以用于调节气流的速度型面。具体地，速度型面调节段1包括第一管体101，该第一管体101为矩形管道结构。调节机构则由若干格栅件102构成，各格栅件102可拆卸的安装在第一管体101上同一截面的位置；当所有格栅件102如图2或图3所示的均安装在第一管体101上时，各格栅件102依次接触相连，使得所有的格栅件102共同封堵第一管体101，以用于通过拆卸格栅件102将第一管体101堵塞成不同的流体通流情况，扰动流场，从而形成速度不均匀的流体速度型面，而改变格栅的数量和位置，即可实现流体速度型面的控制与调整，例如图1与图4即为两种不同速度型面的流体生成时的本系统。本实施例通过多格栅结构，实现不同速度型面的产生与控制，从而能够在细致的流场分析实验中，模拟实际工程中存在的速度不均匀的速度型面，从而分析速度不均匀对流场特性和设备性能的影响。

优选地，第一管体101的一个侧壁上沿竖向设有若干通孔，通孔与格栅件102一一对应；且在第一管体101上与通孔所在侧壁相对的另一个侧壁的内壁上设有与通孔一一对应的沉孔。格栅件102的一端位于第一管体101外，另一端依次穿过对应的通孔与第一管体101的管腔后嵌入对应的沉孔。通过将格栅件102插入或抽出，即可将第一管体101堵塞成不同的流体通流情况，扰动流场，从而形成速度不均匀的流体速度型面，而改变格栅的数量和位置，即可实现流体速度型面的控制与调整。且该种安装方式的格栅件102结构可靠，能够抵抗流体冲击，减少震动。

进一步优选地，通孔与格栅件102的连接缝隙处设有第一密封结构，该第一密封结构可以采用设在通孔的孔壁上的密封胶圈，进而有效的保持第一管体101内部的密封性。

进一步优选地，格栅件102为圆柱或棱柱，可以有效地避免迎向流体的一面为平面，进而避免了流体损失。当格栅件102为棱柱时，在第一管体101内相接触的两个棱柱之间的接触位置为棱柱的棱边位置，并将该棱边改进为平面，进而易于相邻两个棱柱之间的接触对准。

进一步优选地，当所有格栅件102均安装在第一管体101上时，格栅件102的数量为奇数，使得当当所有格栅件102均安装在第一管体101上时，各格栅件102可以沿中间的格栅件102对称布置，便于尺寸结构的设计。

当然，格栅件102的安装方式也不仅仅局限于上述的通孔与沉孔形式，也可以采取其他结构。例如，在第一管体101的顶部设置开口与盖板，开口与第一管体101的管腔相通，通过开口直接将格栅件102放入第一管体101内，并在格栅件102的两端设置可拆卸且可伸缩的支架，实现调整格栅件102之间间隔的无级调节。优选地，可以在第一管体101对应格栅件102两侧的内壁上设置竖向的限位槽，进而避免格栅件102在流体的作用下沿第一管体101的轴向窜动。其中，竖向指的是与第一管体101的轴向竖直垂直的方式，且如何在柱状结构的格栅件102两端设置可拆卸且可伸缩的支架为常规手段，因此本实施例中不再赘述。该种实施结构的格栅件102安装方式虽然相较于通孔与沉孔的形式在结构上更加复杂，但是其能够实现第一管体101内的流道口径与位置的无级调节，具有更广的应用范围。

再或者，格栅件102的安装方式也可以是在第一管体101的顶部设置开口与盖板，开口与第一管体101的管腔相通，通过开口直接将格栅件102放入第一管体101内，并在第一管体101上对应格栅件102端部的位置设置螺栓孔，通过螺栓实现格栅间102在第一管体101的定位。优选地，可以在第一管体101对应格栅件102两侧的内壁上设置竖向的限位槽，进而避免格栅件102在流体的作用下沿第一管体101的轴向窜动。该种实施结构的格栅件102安装方式虽然仍然属于有级调节，但是相较于通孔与沉孔的形式在结构上更加简单，其加工的难度更低。

本实施例中，速度型面发展段2用于调节气流速度型面的边界层厚度。具体地，速度型面发展段2包括同轴的第二管体201与第三管体202；第二管体201的一端通过螺栓、法兰与速度型面调节段1相连，第二管体201的另一端滑动连接在第三管体202的一端内，第三管体202的另一端通过螺栓、法兰与速度型面观察段3相连；或者：第三管体202的一端通过螺栓、法兰与速度型面观察段3相连，第三管体202的另一端滑动连接在第二管体201的一端内，第二管体201的另一端通过螺栓、法兰与速度型面调节段1相连；以使得第二管体201与第三管体202共同组成伸缩管结构，进而改变速度型面发展段2的整体轴向长度，实现调节气流速度型面的边界层厚度的目的。至于如何设置两个管体形成伸缩管结构为常规技术手段，因此本实施例中不再图示与赘述。

优选地，第二管体201内设有蜂窝整流器203，以用于减少速度型面调节段1中调节机构所产生的大尺度涡流扰动影响。

进一步优选地，第二管体201与第三管体202的连接缝隙处设有第二密封结构，该第二密封结构同样也可以采用密封胶圈。

本实施例中，速度型面观察段3内设有检测机构，以用于检测气流的速度型面。具体地，速度型面观察段3包括第四管体301，检测机构为设在第四管体301内的光学测量装置302，该光学测量装置302采用现有的PIV(Particle Image Velocimetry，粒子图像测速法)进行速度型面的光学测量。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种速度型面可调的流体生成系统，其特征在于，包括能够通过气流的气流管道，所述气流管道包括：

速度型面调节段，所述速度型面调节段内设有调节机构，以用于调节气流的速度型面；

速度型面发展段，与速度型面调节段相连，以用于调节气流速度型面的边界层厚度；

速度型面观察段，与速度型面发展段相连，所述速度型面观察段内设有检测机构，以用于检测气流的速度型面；

所述速度型面调节段包括第一管体，所述第一管体为矩形管道结构；

所述调节机构包括若干格栅件，各格栅件可拆卸的安装在第一管体上同一截面的位置；

当所有格栅件均安装在第一管体上时，各格栅件依次接触相连，使得所有的格栅件共同封堵第一管体，以用于通过拆卸格栅件来改变第一管体内的流道口径与位置，实现形成不同速度型面流体的目的。

2.根据权利要求1所述速度型面可调的流体生成系统，其特征在于，所述第一管体的一个侧壁上沿竖向设有若干通孔，所述通孔与格栅件一一对应；

所述第一管体上与通孔所在侧壁相对的另一个侧壁的内壁上设有与通孔一一对应的沉孔；

所述格栅件的一端位于第一管体外，另一端依次穿过对应的通孔与第一管体的管腔后嵌入对应的沉孔。

3.根据权利要求2所述速度型面可调的流体生成系统，其特征在于，所述通孔与格栅件的连接缝隙处设有第一密封结构。

4.根据权利要求1或2或3所述速度型面可调的流体生成系统，其特征在于，所述格栅件为圆柱或棱柱。

5.根据权利要求1或2或3所述速度型面可调的流体生成系统，其特征在于，当所有格栅件均安装在第一管体上时，所述格栅件的数量为奇数。

6.根据权利要求1或2或3所述速度型面可调的流体生成系统，其特征在于，所述速度型面发展段包括同轴的第二管体与第三管体；

所述第二管体的一端与速度型面调节段相连，所述第二管体的另一端滑动连接在第三管体的一端内，所述第三管体的另一端与速度型面观察段相连；或所述第三管体的一端与速度型面观察段相连，所述第三管体的另一端滑动连接在第二管体的一端内，所述第二管体的另一端与速度型面调节段相连；以使得第二管体与第三管体共同组成伸缩管结构，进而改变速度型面发展段的整体轴向长度，实现调节气流速度型面的边界层厚度的目的。

7.根据权利要求6所述速度型面可调的流体生成系统，其特征在于，所述第二管体内设有蜂窝整流器，以用于减少大尺度涡流扰动。

8.根据权利要求6所述速度型面可调的流体生成系统，其特征在于，所述第二管体与第三管体的连接缝隙处设有第二密封结构。

9.根据权利要求1或2或3所述速度型面可调的流体生成系统，其特征在于，所述速度型面观察段包括第四管体，所述检测机构为设在第四管体内的光学测量装置。

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