CN114577437A - 一种气液两相流气泡测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于测量船模周围气液两相流气泡参数的测量装置，包括水平导轨支架、坐标位移机构、竖直滑轨、密闭激光系统、导向杆、船模、多节伸缩杆、多自由度旋转台、滚子轴承、高速相机、计算机系统；水平导轨支架连接坐标位移机构；竖直滑轨与中间的坐标位移机构连接，下端再连接密闭激光系统；多节伸缩杆与两侧的坐标位移机构连接，下端再与多自由度旋转台连接；高速相机通过滚子轴承与多自由度旋转台连接；水平导轨支架下部还与导向杆连接，导向杆下端安装船模。本发明可随意调节两个相机的位置，从而测量不同位置的气泡参数；调整激光强度和相机角度，避免测量时因光线不足以外界杂光的干扰使拍摄的气泡原始图像失真，产生误差。

Description

一种气液两相流气泡测量装置

技术领域

本发明属于船舶绕流场实验测试技术领域，具体涉及一种气液两相流气泡参数测量装置。

背景技术

自然状态下，由于波浪翻卷破碎、雨水冲击等原因，有一部分空气溶于海水中，以致在靠近海平面的海水中存在可以长时间保留的微气泡层，其次，船舶航行时，船艏的兴波与船体表面相互作用会发生波浪的翻卷破碎，所产生的“白水”会包裹在船舶周围，在船体与水体之间形成一个大范围的水气泡混合流域，并会在船尾后方延伸至极远位置，它的存在改变了船体的声学和光学特征，并可能对其阻力特性产生影响，由于水中气泡具有浮动、透明、分解等特性，并且呈球形，这使得准确测量气泡的尺度分布非常困难。因此，能准确测量船舶周围流场中气泡的各种参数非常重要。

目前，对于船模周围流场气泡分布及变化情况的测量方法主要有电导探针法、光导探针法、差压法。电导探针法是通过将电导探头(含两个探针)放置在流场中被测点处，气泡在运动过程中被探针穿过，使测量电路中产生两个具有时间间隔的脉冲信号，通过信号可以获得经过探头的气泡数量、速度。但是由于探针的存在会干扰流场的运动，使测量结果存在误差，其次只能单点测量流场中某一位置的气泡，不能获得整个流场气泡的尺寸分布及运动。光导探针法是根据液相与气相对光的折射率不同，使光电传感器输出不同的电信号，从而测得探针位置的局部含气率。但是该方法同样由于探针的存在也会干扰流场的运动，同时不能测量气泡的尺寸及运动规律。压差法是依据伯努利方程，通过压力传感器测量两个不同高度之间的压差，计算被测段气液混合相的平均密度，从而得到该段的含气率。该方法测量参数单一，无法测量气泡的数量、位置及尺寸，而且只能用于被测流场范围较小的情况，不适用于像船模周围流场这种大范围气泡的测量。

综上所述，当前的船模周围流场气泡测量方法中，仍存在一些不足之处：(1)探针的存在干扰被测流场，使测量精度不高；(2)对气泡参数的测量不全面，只能测量流场中某一位置的气泡；(3)被测范围较窄，不能获得全流场的气泡参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测量船模周围气液两相流气泡参数的测量装置。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种气液两相流气泡测量装置，包括水平导轨支架、坐标位移机构、竖直滑轨、密闭激光系统、导向杆、船模、多节伸缩杆、多自由度旋转台、滚子轴承、高速相机、计算机系统；

所述水平导轨支架下部连接坐标位移机构；

所述中间的坐标位移机构与竖直滑轨连接，竖直滑轨下端连接密闭激光系统，密闭激光系统通过竖直滑轨进行高度调节；

所述两侧的坐标位移机构与多节伸缩杆连接，多节伸缩杆下端与多自由度旋转台连接，高速相机通过滚子轴承与多自由度旋转台连接，实现高速相机的水平位置和高度的调节，同时可以在水平面内进行360°旋转；

所述高速相机通过以太网与计算机系统连接；

所述水平导轨支架下部还与导向杆连接，导向杆下端安装船模，导向杆使船模随着整个测量装置一起运动。

进一步地，所述高速相机通过滚子轴承可以在竖直平面进行一定角度的旋转。

进一步地，所述密闭激光系统包括密闭外壳和脉冲激光器；所述脉冲激光器位于密闭外壳内部，脉冲激光器与被测流场平面在同一水平面上。

本发明的有益效果在于：

与现有气液两相流气泡测量技术相比，本发明能够用于船舶拖曳水池中船模周围气液两相流气泡参数的测量，测量范围广、精度高、易调节。一方面可以根据测量需求，随意调节两个相机的位置，从而测量不同位置的气泡参数。另一方面可以灵活的调整激光强度和相机角度，避免在测量时因光线不足以及外界杂光的干扰使拍摄的气泡原始图像失真，产生误差。

附图说明

图1为本发明气液两相流气泡测量装置的整体结构示意图；

图2为本发明气液两相流气泡测量装置的支架部分示意图；

图3为本发明气液两相流气泡测量装置的结构立体示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

需要说明的是，术语“中间”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“两端”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，或者是该技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。

在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。

根据图1至图3，一种气液两相流气泡测量装置，包括水平导轨支架1、坐标位移机构2、竖直滑轨3、密闭激光系统4、导向杆5、船模(6、多节伸缩杆7、多自由度旋转台(8)、滚子轴承9、高速相机10、计算机系统11；所述水平导轨支架1与坐标位移机构2相连接，所述坐标位移机构2可以沿着水平导轨支架1左右移动，所述坐标位移机构2上装有可以上下移动的竖直导轨3，所述的竖直滑轨3下端固定连接着密闭激光系统4。所述水平导轨支架1还与导向杆5固定连接，所述导向杆5下端安装有船模6，通过导向杆5可以使船模6随着整个测量系统一起运动。

所述两侧的坐标位移机构2与多节伸缩杆7连接，所述多节伸缩杆7下端安装多自由度旋转台8，所述多自由度旋转台8通过滚子轴承9与高速相机10相连，所述两台高速相机10拍摄视角相互垂直，所述多自由度旋转台8可以在水平面内进行360°旋转，所述高速相机10通过滚子轴承9可以在竖直平面进行一定角度的旋转。所述高速相机10采集的图片通过以太网传输到计算机系统11中进行处理、分析。

所述密闭激光系统4包括密闭外壳41和脉冲激光器42，所述脉冲激光器42放置于密闭外壳41内部，所述脉冲激光器42与被测流场平面在同一水平面上。

本发明的原理或使用方法如下：将本装置放置在船模拖曳水池的拖车上，通过竖直滑轨3将水平导轨支架1调至到一定高度处，通过坐标位移机构2将多节伸缩杆7移动到适当的水平位置，通过调节多节伸缩杆7，将高速相机10调整到需要测量的平面，然后使用多自由度旋转台8和滚子轴承9调整高速相机10的拍摄角度。通过竖直滑轨3将密闭激光系统4放置在待测流场平面，使脉冲激光器42的发出的激光平面与被测流场在同一水平上，最后使用棋盘格标定板对高速相机10进行标定。调节好以上仪器，启动拖车，水平导轨支架1通过导向杆5带动着船模6随着整个测量装置运动。高速相机10拍摄的流场气泡照片通过以太网传输至计算机系统11中，然后利用自研的图像处理技术对照片进行后处理，从而得到船模6周围气液两相流气泡的参数。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种气液两相流气泡测量装置，其特征在于：包括水平导轨支架(1)、坐标位移机构(2)、竖直滑轨(3)、密闭激光系统(4)、导向杆(5)、船模(6)、多节伸缩杆(7)、多自由度旋转台(8)、滚子轴承(9)、高速相机(10)、计算机系统(11)；

所述水平导轨支架(1)下部连接坐标位移机构(2)；

所述中间的坐标位移机构(2)与竖直滑轨(3)连接，竖直滑轨(3)下端连接密闭激光系统(4)，密闭激光系统(4)通过竖直滑轨(3)进行高度调节；

所述两侧的坐标位移机构(2)与多节伸缩杆(7)连接，多节伸缩杆(7)下端与多自由度旋转台(8)连接，高速相机(10)通过滚子轴承(9)与多自由度旋转台(8)连接，实现高速相机(10)的水平位置和高度的调节，同时可以在水平面内进行360°旋转；

所述高速相机(10)通过以太网与计算机系统(11)连接；

所述水平导轨支架(1)下部还与导向杆(5)连接，导向杆(5)下端安装船模(6)，导向杆(5)使船模(6)随着整个测量装置一起运动。

2.根据权利要求1所述的一种气液两相流气泡测量装置，其特征在于：所述高速相机(10)通过滚子轴承(9)可以在竖直平面进行一定角度的旋转。

3.根据权利要求1所述的一种气液两相流气泡测量装置，其特征在于：所述密闭激光系统(4)包括密闭外壳(41)和脉冲激光器(42)；所述脉冲激光器(42)位于密闭外壳(41)内部，脉冲激光器(42)与被测流场平面在同一水平面上。

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