CN112903240B - 一种激振诱导空化的可视化观测装置 - Google Patents

一种激振诱导空化的可视化观测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激振诱导空化的可视化观测装置，该装置包括冷却液恒温控制系统、透明观测系统和压力调节系统。冷却液恒温控制系统可以控制冷却液的温度和循环速度。透明观测系统由透明观测室、激振装置和摄像系统组成，观测记录不同激振条件下冷却液空化气泡产生现象。压力调节系统可以通过调节透明观测室内冷却液压力，以模拟不同压力条件对空化现象的影响。本发明能够模拟并观测振动诱导液体产生空化的现象，有利于空化理论研究的求证与校验。

Description

一种激振诱导空化的可视化观测装置
技术领域
本发明涉及空化模拟试验技术，具体涉及一种激振诱导空化的可视化观测装置。
背景技术
气缸套穴蚀是由于活塞二阶运动撞击缸体致使缸套高频振动引起的，这样的高频振动引起冷却液压力场波动，使冷却液体内部出现拉应力而产生负压，原本溶于液体中的气体出现过饱和现象，随即变成小气泡逸出，在经过高压、低流速区域时就会溃灭形成微射流对缸套造成损伤。
随着内燃机爆压的不断升高，柴油机湿式气缸套的空化穴蚀现象越来越严重，这也意味着同样的气缸套使用寿命越来越短，关于穴蚀现象及其产生机理的研究越来越紧迫。模拟空化发生、观察空化行为，对进一步深入解读空化产生机理、预防穴蚀发生至关重要。
本发明通过设计一种激振诱导空化的可视化观测装置，为空化现象观测及其机理研究提供了有力的试验方法与装置。
发明内容
本发明提供了一种激振诱导空化的可视化观测装置，用以量化研究激振参数与空化之间的关系，为与空化相关的问题研究提供试验校验。
为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种激振诱导空化的可视化观测装置，该装置包括冷却液恒温控制系统、透明观测系统和压力调节系统；冷却液恒温控制系统包括水槽、水泵、智能水温控制器和温度传感器，智能水温控制器根据设定的温度目标和温度传感器实测的温度对水槽中添加的冷却液进行温度调节，通过水泵可以调节冷却液的循环速度；透明观测系统包括透明观测室、激振装置和摄像系统；透明观测室为透明材料制备的盒体，开口侧覆以金属箔片，形成了可以存续冷却液的封闭腔体，透明观测室上设置有进水口和出水口，透明观测室的进出水口通过水管与水槽相连通形成回路；激振装置包括激振器和挺杆，激振器通过挺杆与金属箔片连接，实现特定激振参数的控制；摄像系统用以观测记录不同激振条件下冷却液空化气泡产生现象；压力调节系统包括真空泵、第一电磁阀和第二电磁阀，可以调节透明观测室内冷却液压力；第一电磁阀设置于透明观测室入水管路上，第二电磁阀设置于透明观测室出水管路上。
利用上述激振诱导空化的可视化观测装置进行试验的方法为：启动水泵，打开第一电磁阀、第二电磁阀，利用智能水温控制器控制冷却液温度，打开激振装置，控制激振参数，使得透明观测室内冷却液在金属箔片激振下产生空化。同步使用摄像系统对空化过程进行实时记录并保存。调节透明观测室中冷却液压力时，关闭第一电磁阀、第二电磁阀，真空泵抽真空，将透明观测室内部抽成负压进行激振试验，然后打开第一电磁阀、第二电磁阀，继续进行试验。通过调节智能水温控制器、真空泵、激振器来调节冷却液温度、冷却液压力、激振参数的同时也可以更换不同的类型的冷却液，从而研究不同参数对空化现象的影响。
上述的一种激振诱导空化的可视化观测装置，激振器的波形参数可调，其中，波形可设置为简谐波、三角波、方波或自定义波形，可调的激振参数有：频率与振幅。
上述的一种激振诱导空化的可视化观测装置，金属箔片为弹性材料，材料选自锰合金、铜合金、青铜合金、钛合金、硅合金、不锈钢、钴合金、铁镍合金或镍合金。
上述的一种激振诱导空化的可视化观测装置，真空泵设置在透明观测室出水口和第二电磁阀之间，抽真空效果好。
上述的一种激振诱导空化的可视化观测装置，透明观测室为透明材料，透明材料选自玻璃、亚克力、丙烯腈-苯乙烯树脂、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯醇缩丁醛酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、涤纶树脂或全氟乙烯丙烯共聚物。
上述的一种激振诱导空化的可视化观测装置，冷却液是由不同饱和蒸汽压的液体按一定比例混合而成的，液体选自水、甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、戊烷、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、己烷、三氟乙酸、三氯乙烷、四氯化碳、乙酸乙酯、丁醚、苯、环乙烷、乙腈、乙二醇、二甲醚、三氯乙烯、三乙胺、丙腈、庚烷。
上述的一种激振诱导空化的可视化观测装置与方法，摄像系统包括放大镜、灯源、摄像机和计算机，透明观测室与摄像机之间设置放大镜，用于放大观测视野，透明观测室旁设置的灯源用于摄像补光。
本发明能够模拟并观测振动诱导液体产生空化的现象，有利于空化理论研究的求证与校验。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、智能水温控制器， 2、冷却液，3、温度传感器，4、水槽，5、水泵， 6、第一电磁阀，7、激振器，8、挺杆，9、灯源，10、计算机，11、摄像机，12、放大镜，13、透明观测室，14、金属箔片，15、水管，16、真空泵，17、第二电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述：如图1所示，一种激振诱导空化的可视化观测装置，包括智能水温控制器1、冷却液2、温度传感器3、水槽4、水泵5、第一电磁阀6、激振器7、挺杆8、灯源9、计算机10、摄像机11、放大镜12、透明观测室13、金属箔片14、水管15、真空泵16、第二电磁阀17。透明观测室13为透明材料制备的盒体，开口侧覆以金属箔片，形成了可以存续冷却液的封闭腔体，透明观测室上设置有进水口和出水口，透明观测室13的进出水口通过水管15与水槽4相连通形成回路，所述水槽4中添加冷却液2并与智能水温控制器1相连，所述智能水温控制器1上设置有温度传感器3，在透明观测室13进水口与水槽4之间设置有水泵5、第一电磁阀6，所述激振器7的挺杆8与金属箔片14连接，在透明观测室13出水口与水槽4之间设置有真空泵16、第二电磁阀17，且真空泵16位于出水口和第二电磁阀之间，透明观测室13的观测位置设置有放大镜12、灯源9和摄像机11，摄像机11与计算机10相连记录数据。
所述激振器7波形参数可调，其中，波形可设置为简谐波、三角波、方波或自定义波形，可调的激振参数有：频率与振幅。
所述金属箔片14材料为弹性材料，材料选自锰合金、铜合金、青铜合金、钛合金、硅合金、不锈钢、钴合金、铁镍合金或镍合金。
所述真空泵16可以调节透明观测室中冷却液压力。
所述冷却液2是由不同饱和蒸汽压的液体按一定比例混合而成的，液体选自水、甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、戊烷、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、己烷、三氟乙酸、三氯乙烷、四氯化碳、乙酸乙酯、丁醚、苯、环乙烷、乙腈、乙二醇、二甲醚、三氯乙烯、三乙胺、丙腈、庚烷。
所述透明观测室选自玻璃、亚克力、丙烯腈-苯乙烯树脂 、聚丙烯 、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯醇缩丁醛酯 、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 、聚氯乙烯 、聚氟乙烯 、涤纶树脂 、全氟乙烯丙烯共聚物。
利用上述激振诱导空化的可视化观测装置进行试验的方法为：启动水动泵，打开第一电磁阀、第二电磁阀，利用智能水温控制器控制冷却液温度，打开激振装置，控制激振参数，使得透明观测室内冷却液在金属箔片激振下产生空化。同步使用摄像机对空化过程进行实时记录并保存。调节透明观测室中冷却液压力时，关闭第一电磁阀、第二电磁阀，真空泵抽真空，将透明观测室内部抽成负压进行激振试验，然后打开第一电磁阀、第二电磁阀，继续进行试验。通过调节智能水温控制器、真空泵、激振器来调节冷却液温度、冷却液压力、激振参数的同时也可以更换不同的类型的冷却液，从而研究不同参数对空化现象的影响。

Claims (7)

1.一种激振诱导空化的可视化观测装置，其特征在于：该装置包括冷却液恒温控制系统、透明观测系统和压力调节系统；冷却液恒温控制系统包括水槽（4）、水泵（5）、智能水温控制器（1）和温度传感器（3），智能水温控制器（1）根据设定的温度目标和温度传感器实测的温度对水槽（4）中添加的冷却液（2）进行温度调节，通过水泵（5）可以调节冷却液（2）的循环速度；透明观测系统包括透明观测室（13）、激振装置和摄像系统；透明观测室（13）为透明材料制备的盒体，开口侧覆以金属箔片（14），形成了可以存续冷却液（2）的封闭腔体；透明观测室（13）上设置有进水口和出水口，透明观测室（13）的进出水口通过水管（15）与水槽（4）相连通形成回路；激振装置包括激振器（7）和挺杆（8），激振器（7）通过挺杆（8）与金属箔片（14）连接，实现特定激振参数的控制；摄像系统用以观测记录不同激振条件下冷却液（2）空化气泡产生现象；压力调节系统包括真空泵（16）、第一电磁阀（6）和第二电磁阀（17），可以调节透明观测室内冷却液（2）压力；第一电磁阀（6）设置于透明观测室（13）入水管路上，第二电磁阀（17）设置于透明观测室（13）出水管路上，真空泵（16）位于透明观测室出水口和第二电磁阀之间，调节透明观测室中冷却液压力时，关闭第一电磁阀（6）、第二电磁阀（17），真空泵抽真空，将透明观测室内部抽成负压进行激振试验，然后打开第一电磁阀（6）、第二电磁阀（17），继续进行试验。
2.根据权利要求1所述的一种激振诱导空化的可视化观测装置，其特征在于：激振器（7）的波形参数可调，其中，激振器波形可设置为简谐波、三角波、方波或自定义波形，可调的激振参数有：频率与振幅。
3.根据权利要求1或2所述的一种激振诱导空化的可视化观测装置，其特征在于：所述金属箔片（14）材料为弹性材料，材料选自锰合金、铜合金、青铜合金、钛合金、硅合金、不锈钢、钴合金、铁镍合金或镍合金。
4.根据权利要求1或2所述的一种激振诱导空化的可视化观测装置，其特征在于：真空泵（16）设置在透明观测室（13）出水管路和第二电磁阀（17）之间的管路上。
5.根据权利要求1或2所述的一种激振诱导空化的可视化观测装置，其特征在于：冷却液（2）是由不同饱和蒸汽压的液体按一定比例混合而成的，液体选自水、甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、戊烷、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、己烷、三氟乙酸、三氯乙烷、四氯化碳、乙酸乙酯、丁醚、苯、环乙烷、乙腈、乙二醇、二甲醚、三氯乙烯、三乙胺、丙腈、庚烷。
6.根据权利要求1或2所述的一种激振诱导空化的可视化观测装置与方法，其特征在于：摄像系统包括放大镜（12）、灯源（9）、摄像机（11）和计算机（10），放大镜设置在透明观测室（13）与摄像机（11）之间，用于放大观测视野，灯源（9）设置于透明观测室（13）旁用于摄像补光。
7.根据权利要求1或2所述的一种激振诱导空化的可视化观测装置，其特征在于：透明观测室（13）透明材料选自玻璃、亚克力、丙烯腈-苯乙烯树脂、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯醇缩丁醛酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、涤纶树脂或全氟乙烯丙烯共聚物。
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