CN114295318B

CN114295318B - 一种多模式浸没气体射流精细化测量系统

Info

Publication number: CN114295318B
Application number: CN202111523732.5A
Authority: CN
Inventors: 刘涛涛; 李涵; 吕亚飞; 田北晨; 黄彪; 王国玉
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2023-05-12
Anticipated expiration: 2041-12-10
Also published as: CN114295318A

Abstract

本发明公开的一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，属于射流实验技术领域。本发明主要由实验池、喷嘴、喷气系统、可移动组件、高速相机、电脑组成。所述实验池用于盛放液体，实验池结构在底部开槽和两侧开孔，所述的底部槽和两侧孔用于实现可移动组件及喷嘴的移动。所述喷嘴用于向水中喷气，改变喷嘴的种类，喷嘴的紊流系数不同，对气体射流的影响也不同，根据紊流系数和扩张角的关系，计算出射流的扩张角，通过喷嘴的横向移动模拟横流的作用，能够改变射流时的外界条件，进行自由射流、有横流作用时浸没气体射流等多模式浸没气体实验。通过图像处理分析浸没气体射流的流场、速度分布、边界失稳。

Description

一种多模式浸没气体射流精细化测量系统

技术领域

本发明属于射流实验技术领域，涉及有横流作用时的多模式浸没气体射流精细化测量系统，能够改变射流时的外界条件，实现多模式浸没气体实验。

背景技术

射流可广泛应用到军事、化工等领域，应用广泛，但目前对气液射流的研究较少。

在液体中施加一个稳定的横流速度，操作困难，实验装置也比较复杂，国内针对有横流作用时的浸没射流研究也比较少，实验装置也比较单一，大多是研究无横流作用时的气体淹没射流。本装置提出一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，本装置不局限于单一的工况下的浸没气体射流实验，而是可以通过实验设备来改变实验工况，可研究进行不同工况下的射流实验，进行自由气体射流或不同横流速度下的气体射流实验，研究不同外界条件对浸没气体射流的影响。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，通过喷嘴的横向移动模拟横流的作用，能够改变射流时的外界条件，进行自由射流、有横流作用时浸没气体射流等多模式浸没气体实验。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，主要由实验池、喷嘴、喷气系统、可移动组件、高速相机、电脑组成。

所述实验池用于盛放液体，实验池结构在底部开槽和两侧开孔，所述的底部槽和两侧孔用于实现可移动组件及喷嘴的移动。实验池前后壁面采用透明材料制作，所述透明材料优选玻璃。

所述喷嘴用于向水中喷气，改变喷嘴的种类，喷嘴的紊流系数不同，对气体射流的影响也不同，根据紊流系数和扩张角的关系tanα＝3.4a，计算出射流的扩张角，通过喷嘴的横向移动模拟横流的作用，

所述喷气系统用于提供需要气体流量的气体。

所述可移动组件，连接喷嘴和高速相机，使喷嘴和高速相机能相对静止，保持相同的速度横向移动，可移动组件中的电机采用变频电机，通过改变电机的转速改变喷嘴横向移动的速度。

通过电脑控制高速相机和阀门，当阀门打开，喷嘴开始喷气时，高速相机开始拍照。

所述电脑用于控制气体喷气、高速相机、阀门、可移动组件，并用于存储高速相机的图像，并对图像进行处理，通过图像处理分析浸没气体射流的流场、速度分布、边界失稳。

实验池底部安装有喷嘴向实验池液体中喷气，实验中通过可移动组件带动喷嘴移动；喷气系统将气体输送到喷嘴处。保持高速相机和喷嘴相对静止，连续拍摄射流发展状况，电脑的控制系统控制气体喷气、高速相机、阀门、可移动组件，存储高速相机的图像，并对图像进行处理，通过图像处理分析浸没气体射流的流场、速度分布、边界失稳。

对于可移动组件，由电机和齿轮及实验池底部安装的移动杆组成。移动杆分为传动段和喷气段两段。传动段底部安装齿条，装齿条和齿轮啮合进行传动，带动喷嘴运动；喷气段采用中空的圆管，在圆管上开一圆孔，将喷嘴伸出直实验池的液体中，圆管内部布置有喷气的管道。

对于电机需要调节其转速，改变电机转速，能够改变喷嘴的移动速度。采用变频电机，对于喷嘴的移动速度按v＝πdf(1-s)/P进行计算，使喷嘴横向移动模拟横流对气体射流的影响，控制喷嘴的速度，研究不同横流速度下的射流情况。

改变喷嘴截面，研究不同截面对浸没气体射流的影响。

有益效果：

1、本发明公开的一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，实验池底部安装有喷嘴向实验池液体中喷气，实验中通过可移动组件带动喷嘴移动，通过喷嘴的横向移动模拟横流的作用，能够改变射流时的外界条件，进行自由射流、有横流作用时浸没气体射流等多模式浸没气体实验。

2、本发明公开的一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，喷气系统将气体输送到喷嘴处；保持高速相机和喷嘴相对静止，连续拍摄射流发展状况，并储存在电脑中；电脑的控制系统负责控制高速相机拍摄、移动装置、喷气系统，通过电脑的图像处理获得浸没射流的流线图等，通过图像处理分析浸没气体射流的流场、速度分布、边界失稳。

3、本发明公开的一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，不局限与一种工况下的浸没气体射流实验，能够在不同的实验条件下的进行射流实验，并获得一系列的气体射流的发展状况，是一种多模式精细化的测量系统。

附图说明

图1为本发明一种多模式浸没气体射流精细化测量系统的装置图；

图2为本发明一种实验池连接的示意图；

图3为本发明一种实验池的剖视图；

图4为本发明一种喷嘴连接装置的示意图；图5为本发明中无横流作用时，浸没气体射流的发展情况。

其中：1—压缩机、2—储气罐、3—控制阀、4—流量计、5—阀门、6—实验池、7—喷嘴、8—移动杆的喷气段、9—移动杆的传动段、10—电机、11—齿轮、12—移动杆、13—齿轮、14—高速相机、15—电脑。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例公开的本发明公开的一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，主要由压缩机1、储气罐2、控制阀3、流量计4、阀门5、实验池6、喷嘴7、移动杆的喷气段8、移动杆的传动段9、电机10、齿轮11、移动杆12、齿轮13、高速相机14、电脑15组成。

由压缩机1向储气罐2中输送气体，用压力表控制储气罐2中的压力，控制阀3控制气体的流速，当控制阀3打开时，高速电机14开始拍摄。移动杆的喷气段8采用圆管的结构，在圆管中通入气体管道，在圆管上端开口，将喷嘴7从开口处伸出并固定在圆管上。移动杆的传动段9底部安装齿条，齿条和齿轮11进行传动。电机转速可调，改变电机转速则改变喷嘴7移动速度。移动杆12通过传动控制高速相机14和喷嘴7一起运动。

如图2所示，实验池6底部横向开口，实验池6开口下部连接一个圆柱型结构。可移动的圆管深入圆柱内，对水池底部的开口密封，同时将喷嘴7固定在圆管上，带动喷嘴7的移动。在实验池6的侧壁，采用活塞环将圆管和侧壁进行密封，防止圆管移动时漏液。

如图3所示，喷嘴7与连接装置采用螺栓连接，在实验过程中更换不同截面形状大小的喷嘴7，分析不同喷嘴截面对射流的影响。

本实施例公开的本发明公开的一种多模式浸没气体射流精细化测量系统的工作方法，具体实现步骤为：

步骤1选择不同截面的喷嘴，其扩张角为：

α＝arctan3.4a

关闭实验池底部的阀门，向实验池中注入液体，打开压缩机为实验提供气体。

步骤2打开图1中阀门5和电机，调节喷嘴的移动速度：

v＝πdf(1-s)/P

提前打开阀门5，通过电脑控制控制阀的开度，空气气体的体积流量，其速度流量为：

v_gas＝Q_gas/A

控制阀打开的同时，高速相机开始拍摄，获得气体射流在不同时刻的扩展情况。

步骤3选择气体发展较好的图像，对其进行处理，可得到气体射流的流线图、偏转角等参数，将其与无横流时的气体射流情况进行对比，得到横流作用对浸没气体射流的影响。附图5为无横流作用时，浸没气体射流的发展情况。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，其特征在于：主要由实验池、喷嘴、喷气系统、可移动组件、高速相机、电脑组成；

所述实验池用于盛放液体，实验池结构在底部开槽和两侧开孔，底部槽和两侧孔用于实现可移动组件及喷嘴的移动；实验池前后壁面采用透明材料制作；

所述喷嘴用于向水中喷气，改变喷嘴的种类，喷嘴的紊流系数不同，对气体射流的影响也不同，根据紊流系数和扩张角的关系tanα＝3.4a，α表示扩张角，a表示紊流系数，计算出射流的扩张角，通过喷嘴的横向移动模拟横流的作用，

所述喷气系统用于提供需要气体流量的气体；

所述可移动组件，连接喷嘴和高速相机，使喷嘴和高速相机能相对静止，保持相同的速度横向移动，可移动组件中的电机采用变频电机，通过改变电机的转速改变喷嘴横向移动的速度；

通过电脑控制高速相机和阀门，当阀门打开，喷嘴开始喷气时，高速相机开始拍照；

所述电脑用于控制气体喷气、高速相机、阀门、可移动组件，并用于存储高速相机的图像，并对图像进行处理，通过图像处理分析浸没气体射流的流场、速度分布、边界失稳；

实验池底部安装有喷嘴向实验池液体中喷气，实验中通过可移动组件带动喷嘴移动；喷气系统将气体输送到喷嘴处；保持高速相机和喷嘴相对静止，连续拍摄射流发展状况，电脑的控制系统控制气体喷气、高速相机、阀门、可移动组件，存储高速相机的图像，并对图像进行处理，通过图像处理分析浸没气体射流的流场、速度分布、边界失稳。

2.如权利要求1所述的一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，其特征在于：对于可移动组件，由电机和齿轮及实验池底部安装的移动杆组成；移动杆分为传动段和喷气段两段；传动段底部安装齿条，齿条和齿轮啮合进行传动，带动喷嘴运动；喷气段采用中空的圆管，在圆管上开一圆孔，将喷嘴伸出直至实验池的液体中，圆管内部布置有喷气的管道。

3.如权利要求2所述的一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，其特征在于：对于电机需要调节其转速，改变电机转速，能够改变喷嘴的移动速度；采用变频电机，对于喷嘴的移动速度按v＝πdf(1-s)/P进行计算，使喷嘴横向移动模拟横流对气体射流的影响，控制喷嘴的速度，研究不同横流速度下的射流情况。

4.如权利要求3所述的一种多模式浸没气体射流精细化测量系统，其特征在于：改变喷嘴截面，分析不同截面对浸没气体射流的影响。