CN114964717B - 一种空化射流特性同步检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空化射流特性同步检测系统及检测方法，该系统中水箱、供水管路、测试腔和回水管路串联形成闭合检测水路；可视化的测试腔内设有空化喷嘴、靶盘和水听器；第一压力传感器位于空化喷嘴的进水口，第二压力传感器位于测试腔的排水口旁；摄像机与光源位于测试腔四周；供水管路设第一调控组件；回水管路设第二调控组件；控制器控制水泵和第一、第二调控组件；数据采集器与第一调控组件、摄像机、水听器及第一、第二压力传感器连接；计算机与数据采集器连接，用于数据采集器的信息分析，以检测射流压力振荡、空化噪声、空化射流形态及流场动力学特性。该系统及方法可实现围压下空化射流压力振荡、噪声、形态及流场动力学特性实时同步检测。

Description

一种空化射流特性同步检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及空化射流试验领域，尤其涉及一种空化射流特性同步检测系统及检测方法。

背景技术

空化射流是基于空泡动力学、流体动力学等原理发展起来的一种新型高效射流，它利用空泡溃灭产生的微射流、局部高温及冲击波，可极大地提高射流冲蚀破坏能力，在深海采矿、表面处理及清洗切割等领域具有广阔应用前景。

虽然空化射流在多个领域得到应用，但由于目前空化射流特性尚不十分清晰，同时缺少有效的检测技术及方法而限制了其推广使用。

传统的空化射流特性检测方法以冲蚀实验和打击实验为主，在射流动力学及形态学特性获取方面存在不足，检测过程亦往往忽视围压及温度的影响。冲蚀实验仅能对空化射流作用的最终效果进行对比，而无法对空化射流流场等射流动力学参数进行分析。对于打击实验，淹没条件下空化射流空泡溃灭引起的压力波动较难检测，且一致性不高。

综上，现有方法均较难实现围压下空化射流压力振荡、噪声、形态及流场动力学特性的实时同步检测，因此，研制一种可靠性高、效果直观且适用于围压环境下的空化射流性能检测装置与方法，对于空化射流机理的研究完善、空化射流喷嘴的产品化及技术的推广与应用具有重要意义。

已授权专利（ZL201721677548.5）中公开了一种基于管道流体信息的水射流自振喷嘴性能检测装置与方法，在喷嘴装置上游和出水口旁安装压力传感器及水听器，并通过信息分析方法获得压力脉动特征及空化效果，进而实现射流性能的检测。但是，经过发明人研究发现，该装置还存在以下问题：喷嘴布置在钢制非透明高压容器内，无法满足射流特性可视化检测的要求，无法获取空化射流形态特征及流场动力学特性；在考虑影响空化射流特性的关键参数时，并未考虑到检测水温的影响，无法实现检测水温的精确控制。

发明内容

本发明实施例提供了一种空化射流特性同步检测系统及检测方法，能够实现围压下空化射流压力振荡、噪声、形态及流场动力学特性的实时同步检测的同时，可实现空化射流可视化检测，且对包括围压、工作压力及液体温度等在内影响空化射流特性的关键因素进行精确控制，提高检测可靠性和可重复性。

本发明实施例所提供的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种空化射流特性同步检测系统，包括：水箱、供水管路、测试腔、空化喷嘴、靶盘、回水管路、第一压力传感器、水听器、第二压力传感器、摄像机、光源、控制器、数据采集器和计算机，其中，所述水箱、供水管路、测试腔和回水管路依次串联并形成闭合检测水路；

所述测试腔为可视化结构，其上设有排水口，所述空化喷嘴和所述靶盘设置于所述测试腔内，且所述靶盘与所述空化喷嘴的射流方向处于同一直线上；所述第一压力传感器设置于所述测试腔外、且位于所述空化喷嘴的进水口处，所述第二压力传感器设置于所述测试腔外、且位于所述测试腔的所述排水口旁；所述水听器设置于所述测试腔内；所述摄像机与所述光源布设于所述测试腔的四周；所述供水管路包括水泵及用于调控及监测供水参数的第一调控组件；所述回水管路上设有用于调控及监测所述回水管路内的回水参数的第二调控组件，所述供水参数和所述回水参数均包括液体温度和液体压力；所述控制器与所述水泵、所述第一调控组件和所述第二调控组件连接，用于控制所述水泵、所述第一调控组件和所述第二调控组件的工作状态；

所述数据采集器与所述第一调控组件、所述摄像机、所述水听器、所述第一压力传感器和所述第二压力传感器连接，用于同步获取空化射流压力振荡信息、空化噪声信息及空化射流形态图像信息，并将上述信息转换后传输至所述计算机；所述计算机与所述数据采集器连接，用于对来自所述数据采集器的信息进行在线实时分析或离线分析，以检测射流压力振荡特性、空化噪声特性、空化射流形态特性及流场动力学特性。

优选地，所述第一调控组件包括从所述水泵向所述测试腔方向依次串联设置的冷却器、流量计和温度计；所述第二调控组件包括压力控制阀；其中所述第一调控组件中的所述冷却器与所述控制器连接，所述第二调控组件中的所述压力控制阀与所述控制器连接，所述第一调控组件中所述流量计和所述温度计与所述数据采集器连接。

优选地，所述第一压力传感器为高频传感器，其频率响应高于空化射流压力波动频率。

优选地，所述水听器布设于所述空化喷嘴的喷射口旁或所述空化喷嘴的边界层内。

优选地，所述摄像机与所述光源可移动地布设于所述测试腔的四周，以使所述摄像机与所述光源之间的方位关系可切换，所述摄像机与所述光源的方位关系包括同向、对向或垂直布置。

优选地，该系统用于空化射流形态特性检测时，所述摄像机为高速摄像机，所述光源为普通光源；该系统用于流场动力学特性检测时，所述闭合检测水路中的液体介质内设有示踪粒子，所述摄像机为高感光CCD相机，所述光源采用高能激光光源，所述数据采集器还用于获取空化射流中示踪粒子分布信息。

优选地，在所述直线上所述靶盘相对所述空化喷嘴可移动，以使所述靶盘与所述空化喷嘴之间的靶距可调。

第二方面，本发明实施例还提供了一种空化射流特性同步检测方法，采用本发明实施例提供的空化射流特性同步检测装置进行检测，所述方法包括如下步骤：

通过所述控制器控制所述水泵、所述第一调控组件及所述第二调控组件，以达到系统预定参数，所述系统预定参数包括液体压力、液体温度及围压大小；

通过所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述水听器、所述摄像机同步获取空化射流压力振荡、空化噪声及空化射流形态图像信息；

通过所述数据采集器对上述信息转换并传输至所述计算机；

通过所述计算机对来自所述数据采集器的信息进行在线实时分析或离线分析，以检测射流压力振荡特性、空化噪声特性、空化射流形态特性及流场动力学特性。

优选地，所述方法具体包括：

通过所述水泵调节所述空化喷嘴提供的液体压力，通过所述冷却器调节所述液体温度，通过所述压力控制阀调节所述围压，通过移动所述靶盘调节靶距，以达到系统预定参数；

通过所述流量计显示并记录检测装置中的工作水流量，通过所述第二压力传感器记录显示实验中所述测试腔内围压大小，通过所述第一压力传感器采集流体振荡信息，通过所述水听器采集空化噪声信息，通过所述摄像机同步获取空化射流形态图像信息。

优选地，所述方法中，所述方法中，在进行流场动力学特性检测时，所述闭合检测水路的液体介质中设有示踪粒子，采用高感光CCD相机作为所述摄像机，高能激光作为光源，获取空化射流中示踪粒子分布信息；在进行空化射流形态特性检测时，所述摄像机为高速摄像机，所述光源为普通光源。

本发明实施例所带来的有益效果如下：

本发明实施例所提供的空化射流特性同步检测系统及检测方法，所述水箱、供水管路、测试腔和回水管路依次串联并形成闭合检测水路，系统中测试介质可循环利用，成本低，工作效率高；所述摄像机与所述光源布置于所述测试腔的四周，可用于空化射流形态、及流场动力学检测；在所述供水管路上设置第一调控组件，可调节供水管路上的液体压力和液体温度，在所述回水管路上设第二调控组件，可至少调节回水管路上的液体压力，从而，该系统对影响空化射流特性的关键参数，如工作压力、液体温度和围压等均可以实现精确控制，可大大提高检测可靠性及可重复性。此外，该系统中，靶盘布置于测试腔内的空化喷嘴对面，可用于冲蚀打击特性测试；所述第一压力传感器布置于测试腔外的空化喷嘴前，可用于压力振荡特性检测；所述水听器置于测试腔内的空化喷嘴的出水口旁，可用于射流噪声检测，测试腔采用可视化结构，可实现射流形态学特性及流场动力学特性检测，从而实现围压下空化射流压力振荡、噪声、形态及流场动力学特性的实时同步检测。本发明实施例提供的空化射流特性同步检测系统及检测方法为高围压下自振喷嘴实验提供了测试手段，为自振射流的研究奠定了基础。

此外，在本发明的优选实施例中，闭环检测水路中可增加示踪粒子，可实现示踪粒子及水的循环利用，并采用高能激光作为光源，选用高感光CCD相机采集空化射流形态图像信息，以检测空化射流流场动力学特性。

附图说明

并入本发明中并且构成说明书的部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起进一步用来对本发明的原理进行解释，并且使相关领域技术人员能够实施和使用本发明。

图1为本发明实施例提供的空化射流特性同步检测系统的整体结构示意图；

图2为采用实施例提供的空化射流特性同步检测方法获得的空化射流压力振荡频谱图及空话射流噪声振荡频谱图；

图3为采用实施例提供的空化射流特性同步检测方法获得的空化射流形态学特征，为采用正交模式分解后第一模态；

图4为采用实施例提供的空化射流特性同步检测方法获得的空化射流流场矢量图；

图5为本发明实施例提供的空化射流特性同步检测系统测试腔在第一状态时的立体结构示意图；

图6为测试腔在第一状态时的主视图；

图7为图6中A-A向剖视图；

图8为测试腔在第二状态时的后视图；

图9为图8中A-A向剖视图。

［附图标记］

水泵100；冷却器200；流量计300；温度计400；水听器500；第一压力传感器600；空化喷嘴700；光源800；测试腔900；第二压力传感器110；摄像机120；数据采集器130；计算机140；控制器150；压力控制阀160；水箱170；本体10；上侧面11；下侧面12；前侧面13；后侧面14；左侧面15；右侧面16；排水口17；喷嘴20；喷嘴主体21；法兰盘22；第二密封圈23；视镜30；靶盘组件40；靶盘41；靶盘主体411；盘面412；试样42；靶盘固定底座43；靶盘臂44；调节螺栓51；夹紧螺母52；第一密封圈53；螺旋测微器60；法兰70。

如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种空化射流特性同步检测系统及检测方法进行详细描述。同时在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分仅是为了更具体的描述实施例，而并不旨在对本发明进行具体的限定。

需要指出的是，在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例（无论是否明确描述）实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。

通常，可以至少部分从上下文中的使用来理解术语。例如，至少部分取决于上下文，本发明中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数意义的特征、结构或特性的组合。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达一组排他性的因素，而是可以替代地，至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其他因素。

如本发明使用的，术语“标称/标称地”是指在生产或制造过程的设计阶段期间设置的针对部件或过程操作的特性或参数的期望或目标值，以及高于和/或低于期望值的值的范围。值的范围可能是由于制造过程或容限中的轻微变化导致的。如本发明使用的，术语“大约”指示可以基于与主题半导体器件相关联的特定技术节点而变化的给定量的值。基于特定技术节点，术语“大约”可以指示给定量的值，其例如在值的5%-15%（例如，值的±5%、±10%或±15%）内变化。

可以理解的是，本发明中的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在……上”不仅表示“直接在”某物“上”而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义，并且“在……之上”或“在……上方”不仅表示“在”某物“之上”或“上方”的含义，而且还可以包括其“在”某物“之上”或“上方”且其间没有居间特征或层的含义。

此外，诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相关术语在本发明中为了描述方便可以用于描述一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的关系，如在附图中示出的。空间相关术语旨在涵盖除了在附图所描绘的取向之外的在设备使用或操作中的不同取向。设备可以以另外的方式被定向，并且本发明中使用的空间相关描述词可以类似地被相应解释。

如图1所示，本发明实施例提供的空化射流特性同步检测系统包括：水箱170、供水管路、测试腔900、空化喷嘴700、靶盘41、回水管路、第一压力传感器600、水听器500、第二压力传感器110、摄像机120、光源、控制器150、数据采集器130和计算机140，其中，所述水箱170、供水管路、测试腔900和回水管路依次串联并形成闭合检测水路；

所述测试腔900为可视化结构，其上设有排水口，所述空化喷嘴700和所述靶盘41设置于所述测试腔900内，且所述靶盘41设置于所述空化喷嘴700的对面，且与所述空化喷嘴700的射流方向处于同一直线上，用于冲蚀打击特性测试；在所述直线上所述靶盘41相对所述空化喷嘴700可移动，以使所述靶盘与所述空化喷嘴700之间的靶距可调；

所述第一压力传感器600设置于所述测试腔900外、且位于所述空化喷嘴700的进水口处，该第一压力传感器600为高频传感器，其频率响应高于空化射流压力波动频率，用于压力振荡特性检测；

所述第二压力传感器110设置于所述测试腔900外、且位于所述测试腔900的所述排水口旁，用于检测围压大小；

所述水听器500设置于所述测试腔900内，具有耐压防水能力，且位于所述空化喷嘴700的喷射口旁或所述空化喷嘴700的边界层内，用于射流噪声检测；

所述摄像机120与所述光源布设于所述测试腔900的四周，用于空化射流形态及流场动力学检测；

所述供水管路包括水泵100及用于调控及监测供水参数的第一调控组件，所述供水参数包括液体温度和液体压力；

所述回水管路上设有用于调控及监测所述回水管路内的回水参数的第二调控组件，所述回水参数至少包括液体压力；

所述控制器150与所述水泵100、所述第一调控组件和所述第二调控组件连接，用于控制所述水泵100、所述第一调控组件和所述第二调控组件的工作状态，以调节系统参数，例如液体压力、液体温度及围压大小；

所述数据采集器130与所述第一调控组件、所述摄像机120、所述水听器500、所述第一压力传感器600和所述第二压力传感器110连接，用于同步获取空化射流压力振荡信息、空化噪声信息及空化射流形态图像信息，并将上述信息转换后传输至所述计算机140；

所述计算机140与所述数据采集器130连接，用于对来自所述数据采集器130的信息进行在线实时分析或离线分析，以检测射流压力振荡特性、空化噪声特性、空化射流形态特性及流场动力学特性。

上述方案中，所述水箱170、供水管路、测试腔900和回水管路依次串联并形成闭合检测水路，系统中测试介质可循环利用，成本低，工作效率高；所述摄像机120与所述光源布置于所述测试腔900的四周，可实现空化射流形态、及流场动力学检测；在所述供水管路上设置第一调控组件，可调节供水管路上的液体压力和液体温度，在所述回水管路上设第二调控组件，可至少调节回水管路上的液体压力，从而，该系统对影响空化射流特性的关键参数，如工作压力、液体温度和围压等均可以实现精确控制，可大大提高检测可靠性及可重复性。

此外，该系统中，所述靶盘41布置于测试腔900内的空化喷嘴700对面，可用于冲蚀打击特性测试；所述第一压力传感器600布置于测试腔900外的空化喷嘴700前，可用于压力振荡特性检测；所述水听器500置于测试腔900内的空化喷嘴700的出水口旁，可用于射流噪声检测，测试腔900采用可视化结构，可实现射流形态学特性及流场动力学特性检测，从而实现围压下空化射流压力振荡、噪声、形态及流场动力学特性的实时同步检测。本发明实施例提供的空化射流特性同步检测系统及检测方法为高围压下自振喷嘴实验提供了测试手段，为自振射流的研究奠定了基础。

优选地，所述第一调控组件包括从所述水泵100向所述测试腔900方向依次串联设置的冷却器200、流量计300和温度计400；所述第二调控组件包括压力控制阀160；其中所述第一调控组件中的所述冷却器200与所述控制器150连接，所述第二调控组件中的所述压力控制阀160与所述控制器150连接，所述第一调控组件中所述流量计300和所述温度计400与所述数据采集器130连接。

采用上述方案，在检测过程中，可通过所述压力控制阀160调节围压，通过移动所述靶盘41调节靶距，通过水泵100调节工作压力，通过冷却器200调节液体温度，以实现空化射流作业参数的精确控制。

所述压力控制阀160、所述水泵100及所述冷却器200均可通过所述控制器150进行调节。

此外，需要说明的是，该系统进行空化射流形态特性检测时，所述摄像机120可选用高速摄像机，光源采用普通光源；该系统进行流场动力学特性检测时，所述闭合检测水路中的液体介质内设有示踪粒子，所述摄像机120为高感光CCD相机，所述光源为高能激光光源，所述数据采集器还用于获取空化射流中示踪粒子分布信息，所述计算机可对所述示踪粒子分布信息进行分析以检测流场动力学特性。

优选地，由于所述测试腔900为可视化结构，所述摄像机120与所述光源可移动地布设于所述测试腔900的四周，根据检测需求，可以不同方位布置所述摄像机120与所述光源，也就是说，所述摄像机120与所述光源之间的方位关系可切换，所述摄像机120与所述光源的方位关系包括同向、对向或垂直布置等。

需要说明的是，一些实施例中，所述测试腔900为可视化结构，其具体结构可选用如图5至图9所示的可视化检测装置，该可视化检测装置具有用于进行射流空化及振荡特性侧向可视化检测的第一状态、及用于进行射流空化及振荡特性轴向可视化检测的第二状态；

该可视化检测装置包括：本体10、喷嘴20、四个视镜30及靶盘组件40，其中，所述本体10呈六面体结构，其包括上侧面11、下侧面12、前侧面13、后侧面14、左侧面15和右侧面16六个侧面，内部为检测容腔，所述上侧面11、所述下侧面12、所述前侧面13、所述后侧面14上分别设置有所述检测容腔贯通的可视口，所述左侧面15上开设与所述检测容腔贯通的左侧贯通孔，所述右侧面16上开设与所述检测容腔贯通的右侧贯通孔，所述左侧贯通孔与所述右侧贯通孔同轴线，所述本体10上还设有排水口17；

所述喷嘴20安装于所述左侧贯通孔，其喷头朝向所述右侧贯通孔，用于向所述检测容腔内喷射高压水，所述高压水可经由所述排水口17排出；

所述四个视镜30中三个视镜30分别安装于所述上侧面11、所述下侧面12和所述前侧面13的可视口处；

在所述第一状态，所述四个视镜30中另一个视镜30安装于所述后侧面14，以使所述四个视镜30均作为侧向视镜；所述靶盘组件40安装于所述右侧贯通孔内，所述靶盘组件40包括靶盘41和试样42，所述靶盘41经由所述右侧贯通孔伸入所述检测容腔内，且所述靶盘41伸入所述检测容腔内的一端固定有所述试样42，以使所述试样42与所述喷嘴20的喷头正对；

在所述第二状态，所述四个视镜30中另一个视镜30安装于所述右侧贯通孔处，作为轴向视镜；所述靶盘组件40安装于所述后侧面14的可视口处，且所述靶盘组件40包括靶盘固定底座43、靶盘臂44和试样42，所述试样42为透明试样，所述靶盘固定底座43安装于所述后侧面14的可视口处，所述靶盘臂44的一端固定在所述靶盘固定底座43的靠近所述检测容腔的一侧，另一端固定有所述试样42且向所述检测容腔内延伸，以使所述试样42与所述喷嘴20的喷头正对。

上述方案中，用于射流空化特性侧向检测时，上、下、前、后四个侧面分别安装视镜30，左、右侧面分别安装喷嘴20及靶盘组件40；用于射流空化特性轴向检测时，可将后侧面14的视镜30替换为靶盘组件40，靶盘臂44及靶盘固定底座43均为透明状态，而将原后侧面14上的视镜30改装至右侧面16，作为轴向。检测过程中，高压水可由左侧的喷嘴20喷出至检测容腔，最终由排水口17排出，通过控制排水背压，可以实现容腔内的围压及空化数的调节。

该可视化检测装置的操作简单、安全可靠，可以实现围压下射流空化及振荡特性的可视化检测，射流检测工作效率大幅提高；在本体10的上下前后四个方位均可安装视镜30，解决了不同方位摄像机120及光源布置问题，为不同检测方案提供有力支撑；在本体10右侧可安装轴向视镜，解决了轴向空化特性检测问题。

作为一种优选实施例，如图5至图9所示，在所述第一状态时，所述靶盘41包括：一可沿轴向滑动地穿装于所述右侧贯通孔内的靶盘主体411、及连接至所述靶盘主体411的伸出所述右侧面16的一端的盘面412，所述盘面412通过调节螺栓51和夹紧螺母52固定于所述本体10上；调节所述调节螺栓51和所述夹紧螺母52时，所述靶盘主体411相对所述右侧贯通孔轴向滑动，以调节喷射靶距及射流位置。示例性的，所述靶盘主体411的外周面与所述右侧贯通孔的内周面之间设有第一密封圈53。

采用上述方案，在进行侧向检测时，所述靶盘组件40安装于所述本体10的右侧面16，通过所述调节螺栓51与所述夹紧螺母52固定在所述本体10上，通过调整所述夹紧螺母52，可以改变靶盘41相对位置，同时在所述本体10的右侧贯通孔内可开槽并装第一密封圈53，以实现靶盘41移动过程的密封。

作为一种优选实施例，如图5至图9所示，该装置还包括用于测量靶距的螺旋测微器60，所述螺旋测微器60与所述靶盘41位置相对固定，在所述左侧贯通孔与所述右侧贯通孔的轴线方向上、所述喷嘴20的喷头与所述试样42表面接触时，所述螺旋测微器60计数归零。

采用上述方案，所述喷嘴20及所述靶盘41的喷射靶距及射流位置，可通过调节喷嘴20及靶盘41的相对位置实现，并采用螺旋测微器60精确测量。

其中，靶距即在所述左侧贯通孔与所述右侧贯通孔的轴线方向上喷嘴20的右侧表面与试样42的左侧表面之间的距离。当上述两表面接触时，则螺旋测微器60归零；之后，再对靶盘41与喷嘴20相对位置调整时，螺旋测微器60上的示数即为靶距。

具体地，所述螺旋测微器60可以是与靶盘41的位置相对固定，这样，当靶材在所述左侧贯通孔与所述右侧贯通孔的轴线方向上相对所述本体10移动时，即可根据所述螺旋测微器60测量靶材与喷嘴20之间的靶距。

所述螺旋测微器60可选用电子螺旋测微器。

进一步的，在第一状态时，所述螺旋测微器60可通过测量所述盘面412与所述本体10的右侧面16之间的相对位置关系，得到所述靶盘41与所述喷嘴20之间的靶距。例如，如图5至图9所示，所述螺旋测微器60包括测微螺杆和微调旋钮，测温螺杆的一端抵顶于所述本体10的右侧面16上，所述微调旋钮的位置可表征所述盘面412的位置。

在第二状态时，通过所述螺旋测微器60来测量所述靶盘固定底座43在所述左侧贯通孔与所述右侧贯通孔的轴线方向上的位置，根据该位置变化，来测量所述靶盘臂44与所述喷嘴20的靶距。

作为一种优选地实施例，如图5至图9所示，所述喷嘴20包括：一可沿轴向滑动地穿装于所述左侧贯通孔内的喷嘴主体21、及连接至所述喷嘴主体21的伸出所述左侧面15外的一端的法兰盘22，所述法兰盘22通过调节螺栓51和夹紧螺母52固定于所述本体10的左侧面15上，且所述法兰盘22与所述左侧面15之间设有垫片；调整所述垫片时，所述喷嘴主体21相对所述左侧贯通孔轴向滑动。示例性的，所述喷嘴主体21的外周面与所述左侧贯通孔的内周面之间设有第二密封圈23。

采用上述方案，通过调整所述喷嘴20与所述本体10间的垫片，可以改变二者相对位置，同时在所述本体10的左侧贯通孔内开槽并装第二密封圈23，以实现喷嘴20不同位置下的密封。

优选地，所述四个视镜30和所述靶盘固定底座43分别通过法兰70可拆卸地连接至所述本体10上。采用上述方案，通过法兰70实现视镜30以及靶盘固定底座43的安装，方便拆卸更换。

当然可以理解的是，所述测试腔900的具体结构可不限于以上实施例。

此外，本发明实施例还提供了一种围压环境下射流空化及振荡特性检测方法，采用本发明实施例的围压环境下射流空化及振荡特性检测装置进行射流空化及振荡特性侧向可视化检测及轴向可视化检测，所述方法包括：

在进行射流空化及振荡特性侧向可视化检测时，将所述四个视镜30分别安装于所述上侧面11、所述下侧面12、所述前侧面13和所述后侧面14的可视口处，作为侧向视镜，所述靶盘组件40安装于所述右侧贯通孔处，通过控制所述喷嘴20的排水背压，调节所述检测容腔内围压及空化数，采用高速摄像装置通过所述四个视镜30采集所述检测容腔内不同空化数下的图像，根据不同空化数下的空化云形态及射流振荡特性，对所述图像进行射流空化及振荡特性分析；

在进行射流空化及振荡特性轴向可视化检测时，将所述四个视镜30中三个视镜30分别安装于所述上侧面11、所述下侧面12和所述前侧面13的可视口处，另外一个视镜30安装于所述右侧面16的右侧贯通孔处，作为轴向视镜，所述靶盘组件40安装于所述后侧面14的可视口处，通过控制所述喷嘴20的排水背压，调节所述检测容腔内围压及空化数，采用高速摄像装置至少通过该轴向视镜采集所述检测容腔内不同空化数下的图像，根据不同空化数下的空化云形态及射流振荡特性，对所述图像进行射流空化及振荡特性分析。

优选地，所述方法中，首先，调整所述喷嘴20与所述靶盘41的相对位置，在所述左侧贯通孔与所述右侧贯通孔的轴线方向上、所述喷嘴20的喷头与所述试样42表面接触时，将所述螺旋测微器60归零；然后，调整所述喷嘴20与所述靶盘41的相对位置，记录所述螺旋测微器60的当前数值作为靶距。

以下结合本发明优选实施例中的围压环境下射流空化及振荡特性检测装置，对所述方法进行详细说明：

所述方法具体分为射流空化特性侧向可视化检测及轴向可视化检测，

进行空化特性侧向可视化检测时，具体操作如下：

首先，根据测试要求，将喷嘴20及靶盘组件40安装在所述本体10的左、右两侧，调整靶盘41及喷嘴20相对位置，使二者相接触，此时将所述螺旋测微器60归零；然后将所述靶盘41调整至合适位置，记录所述螺旋测微器60的数值，即为靶距；

然后，将四个视镜30分别采用法兰70进行紧固于所述本体10的上、下、前、后侧面上，并根据高速摄像装置的摄像要求，合理在不同视镜30方向布置光源及摄像机120，通过该可视化的四个视镜30，实现射流空化侧向特性可视化检测。

进行空化特性轴向可视化检测时，具体操作如下：

首先，根据测试要求，将喷嘴20安装在所述本体10的左侧面15，将一个视镜30安装至所述本体10的右侧面16，另外三个视镜30安装于所述本体10的上、下和前侧面13，靶盘组件40安装至所述本体10的后侧面14；

然后，调整靶盘组件40及喷嘴20的相对位置，使靶盘41上试样42与喷嘴20相接触，此时将所述螺旋测微器60归零；然后将所述靶盘41调整至合适位置，记录所述螺旋测微器60的数值为靶距；

然后，根据高速摄像要求，合理在不同视镜30方向布置光源及摄像机120，通过该可视化的四个视镜30，实现射流空化轴向特性可视化检测。

第二方面，本发明实施例还提供了一种空化射流特性同步检测方法，采用本发明实施例提供的空化射流特性同步检测装置进行检测，所述方法包括如下步骤：

步骤S01、通过所述控制器150控制所述水泵100、所述第一调控组件及所述第二调控组件，以达到系统预定参数，所述系统预定参数包括液体压力、液体温度及围压大小；

步骤S02、通过所述第一压力传感器600、所述第二压力传感器110、所述水听器500、所述摄像机120同步获取空化射流压力振荡、空化噪声及空化射流形态图像信息；

步骤S03、通过所述数据采集器130对上述信息转换并传输至所述计算机140；

步骤S04、通过所述计算机140对来自所述数据采集器130的信息进行在线实时分析或离线分析，以检测射流压力振荡特性、空化噪声特性、空化射流形态特性及流场动力学特性。

优选地，所述方法具体包括：

通过所述水泵100调节所述空化喷嘴700提供的液体压力，通过所述冷却器200调节所述液体温度，通过所述压力控制阀160调节所述围压，通过移动所述靶盘41调节靶距，以达到系统预定参数；

通过所述流量计300显示并记录检测装置中的工作水流量，通过所述第二压力传感器110记录显示实验中所述测试腔900内围压大小，通过所述第一压力传感器600采集流体振荡信息，通过所述水听器500采集空化噪声信息，通过所述摄像机120同步获取空化射流形态图像信息。

优选地，所述方法中，在进行流场动力学特性检测时，所述闭合检测水路的液体介质中设有示踪粒子，采用高感光CCD相机作为所述摄像机120，高能激光作为光源，获取空化射流中示踪粒子分布信息；在进行空化射流形态特性检测时，所述摄像机120为高速摄像机，所述光源为普通光源。

以下为了更为清楚地说明本发明，以一种优选实施例提供的空化射流特性同步检测系统为例，来对其检测过程进行更为详细地说明：

在进行检测时，首先，通过控制器150调节水泵100、冷却器200及压力控制阀160，达到设定的工作压力、温度及围压，待液体参数稳定后，通过第一压力传感器600、水听器500、高速摄像机同步获取空化射流压力振荡、噪声及图像信息，对上述射流特征信息及工作参数采用数据采集器130进行采集转换，并传输至计算机140；基于计算机140程序，对上述信息进行在线实时分析或离线分析，获取射流压力振荡特性、噪声及形态特性等，结果如图2及图3所示；此外，可在闭合检测水路的液体中增加示踪粒子，并采用高感光CCD相机和高能激光，以检测空化射流流场动力学特性，结果如图4所示。

图2中（a）为射流压力（即液体压力）信息频谱图，其为空化射流压力振荡特性随空化数的变化过程。图2中（b）为空化射流噪声振荡频谱图。在特性检测过程中，保持其他参数一致，连续线性改变围压，采集射流压力振荡及空化噪声信息。结果表明，本发明实施例提供的空化射流特性同步检测系统及检测方法可以清晰提取射流压力振荡特性，不但适用于某一恒定参数下射流特性检测，还可用作时变参数下射流特性研究。

图3为空化射流高速图像数据进行正交模式分解后的结果图。如图3所示，第1，3，5阶模态均呈现较为规律的脉冲形式，这表明空化射流脱落为典型的周期行为，进而通过对不同模态的进一步分析，可得到其脱落频率及能量等特征参数，进一步揭示空化射流特性。

图4为空化射流流场速度矢量图。由图4可知，流场存在剧烈的涡量波动，表明空化射流为时变非定常典型湍流，同时结合上图2和图3中射流压力振荡、空化噪声及空化射流形态特性，可进一步分析空化射流特性影响因素，以进一步提高其作业效率，为实现射流特性精确控制等提供技术支撑。

本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机140可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种空化射流特性同步检测系统，其特征在于，包括：水箱、供水管路、测试腔、空化喷嘴、靶盘、回水管路、第一压力传感器、水听器、第二压力传感器、摄像机、光源、控制器、数据采集器和计算机，其中，所述水箱、供水管路、测试腔和回水管路依次串联并形成闭合检测水路；

所述测试腔为可视化结构，其上设有排水口，所述空化喷嘴和所述喷嘴设置于所述测试腔内，且所述靶盘与所述空化喷嘴的射流方向处于同一直线上；所述第一压力传感器设置于所述测试腔外、且位于所述空化喷嘴的进水口处，所述第二压力传感器设置于所述测试腔外、且位于所述测试腔的所述排水口旁；所述水听器设置于所述测试腔内；所述摄像机与所述光源布设于所述测试腔的四周；所述供水管路包括水泵及用于调控及监测供水参数的第一调控组件，所述供水参数包括液体温度和液体压力；所述回水管路上设有用于调控及监测所述回水管路内的回水参数的第二调控组件，所述回水参数至少包括液体压力；所述控制器与所述水泵、所述第一调控组件和所述第二调控组件连接，用于控制所述水泵、所述第一调控组件和所述第二调控组件的工作状态；

所述数据采集器与所述第一调控组件、所述摄像机、所述水听器、所述第一压力传感器和所述第二压力传感器连接，用于同步获取空化射流压力振荡信息、空化噪声信息及空化射流形态图像信息，并将上述信息转换后传输至所述计算机；所述计算机与所述数据采集器连接，用于对来自所述数据采集器的信息进行在线实时分析或离线分析，以检测射流压力振荡特性、空化噪声特性、空化射流形态特性及流场动力学特性；

所述摄像机与所述光源可移动地布设于所述测试腔的四周，以使所述摄像机与所述光源之间的方位关系可切换，所述摄像机与所述光源的方位关系包括同向、对向或垂直布置；

该系统用于检测流场动力学特性时，所述闭合检测水路中的液体介质内设有示踪粒子，所述摄像机为高感光CCD相机，所述光源为高能激光光源，所述数据采集器还用于获取空化射流中示踪粒子分布信息；该系统用于检测空化射流形态特性时，所述摄像机为高速摄像机，所述光源为普通光源；

所述第一调控组件包括从所述水泵向所述测试腔方向依次串联设置的冷却器、流量计和温度计；所述第二调控组件包括压力控制阀；其中所述第一调控组件中的所述冷却器与所述控制器连接，所述第二调控组件中的所述压力控制阀与所述控制器连接，所述第一调控组件中所述流量计和所述温度计与所述数据采集器连接。

2.根据权利要求1所述的空化射流特性同步检测系统，其特征在于，所述第一压力传感器为高频传感器，其频率响应高于空化射流压力波动频率。

3.根据权利要求1所述的空化射流特性同步检测系统，其特征在于，所述水听器布设于所述空化喷嘴的喷射口旁或所述空化喷嘴的边界层内。

4.根据权利要求1所述的空化射流特性同步检测系统，其特征在于，在所述直线上所述靶盘相对所述空化喷嘴可移动，以使所述靶盘与所述空化喷嘴之间的靶距可调。

5.一种空化射流特性同步检测方法，其特征在于，采用如权利要求1至4任一项所述的空化射流特性同步检测装置进行检测，所述方法包括如下步骤：

通过所述控制器控制所述水泵、所述第一调控组件及所述第二调控组件，以达到系统预定参数，所述系统预定参数包括液体压力、液体温度及围压大小；

通过所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述水听器、所述摄像机同步获取空化射流压力振荡、空化噪声及空化射流形态图像信息；

通过所述数据采集器对上述信息转换并传输至所述计算机；

通过所述计算机对来自所述数据采集器的信息进行在线实时分析或离线分析，以检测射流压力振荡特性、空化噪声特性、空化射流形态特性及流场动力学特性；

所述方法中，在进行流场动力学特性检测时，所述闭合检测水路的液体介质中设有示踪粒子，采用高感光CCD相机作为所述摄像机，高能激光作为光源，以获取空化射流中示踪粒子分布信息；在进行空化射流形态特性检测时，所述摄像机为高速摄像机，所述光源为普通光源。

6.根据权利要求5所述的空化射流特性同步检测方法，其特征在于，所述方法具体包括：

通过所述水泵调节所述空化喷嘴提供的液体压力，通过所述冷却器调节所述液体温度，通过所述压力控制阀调节所述围压，通过移动所述靶盘调节靶距，以达到系统预定参数；通过所述流量计显示并记录检测装置中的工作水流量，通过所述第二压力传感器记录显示实验中所述测试腔内围压大小，通过所述第一压力传感器采集流体振荡信息，通过所述水听器采集空化噪声信息，通过所述摄像机同步获取空化射流形态图像信息。

Images