CN115901074A - 一种用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，包括喷管、压力传感器和中空的移动探针，所述喷管内部形成有喷管流道，所述喷管流道的直壁面上开设有沿流体流动方向的槽道，所述槽道贯通所述喷管，所述移动探针嵌装在所述槽道内并可沿所述槽道的长度方向滑动，所述移动探针朝向所述喷管流道的侧壁上开设有取压孔；所述移动探针的后端开孔，其内腔通过该孔与所述压力传感器连通，相比于现有技术，本发明提供的装置在喷管流道内压力测量实验中，移动探针对流道内流体的流动无影响，且可以有效避免探针受力弯曲变形带来测量误差，适用于流道较长的场景。
Description
技术领域
本发明涉及流体力学压力测量领域，具体涉及一种用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置。
背景技术
喷管(渐缩型或者缩放型)作为蒸汽透平、低温透平、天然气旋转分离器、喷射制冷、航天、航空和超音喷气发动机等设备领域内的重要部件，其流道内部压力分布是理解其激波、燃烧、相变、膨胀及分离效率等特征的关键参数。目前的喷管实验中压力分布的测量多采用壁面开设取压孔或中心流道内布置移动探针的方法，若采用壁面开设取压孔的方法，其测压位置固定，且每更换一组喷管型线流道均需重新进行打孔取压，而采用中线流道内布置移动探针的方法，虽然可测量流道内不同位置的压力，但是该方法不可避免的使得引入的探针对流道内流体的流动产生影响，且探针仅一端固定，导致其承载力不足，容易弯曲变形带来测量误差，并不适用于流道较长的情况。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中喷管实验中压力分布的测量采用的移动探针会对流体的流动产生影响，且探针容易受力弯曲变形带来测量误差，不适用于流道较长的情况的问题，提供一种用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，包括喷管、压力传感器和中空的移动探针，所述喷管内部形成有喷管流道，所述喷管流道的直壁面上开设有沿流体流动方向的槽道，所述槽道贯通所述喷管，所述移动探针嵌装在所述槽道内并可沿所述槽道的长度方向滑动，所述移动探针朝向所述喷管流道的侧壁上开设有取压孔；所述移动探针的后端开孔，其内腔通过该孔与所述压力传感器连通。
采用前述技术方案的本发明，移动探针前后滑动可在流道内任意位置取压，并通过压力传感器进行静压值测量，由于移动探针嵌装在喷管直壁面上设置的槽道内，使得移动探针的引入对流道内流体的流动无影响，且槽道可为移动探针提供支撑作用，避免了探针受力弯曲变形带来测量误差，相比于现有技术中喷管实验中压力分布的测量采用的移动探针会对流体的流动产生影响，且探针容易受力弯曲变形带来测量误差，不适用于流道较长的情况的问题，本发明提供的装置在喷管流道内压力测量实验中，移动探针对流道内流体的流动无影响，且可以有效避免探针受力弯曲变形带来测量误差，适用于流道较长的场景。
进一步的，所述移动探针的外形呈圆柱状，所述槽道的横截面为圆弧形。
进一步的，所述槽道横截面的圆弧对应圆心角的角度范围为300°至330°，如此设置，该槽道可以很好地包裹住圆形截面移动探针，以尽可能地消除探针引入流道后对气流流动的影响。
进一步的，所述移动探针的前端呈针尖状，以消除在入口气流较大时在移动探针前端产生的噪声。
进一步的，还包括长直的流体管道，其前端、侧壁及后端各设有一个开口，所述喷管安装在所述流体管道中部；所述流体管道的前端开口为流体的入口；其侧壁开口位于所述喷管后方，为流体的出口；其后端开口上固定设有封板；所述移动探针贯穿所述封板且两者之间形成密封，设置流体管道便于流体流向的引导。
进一步的，还包括移动套，所述移动探针的后端固定在所述移动套的前端，所述压力传感器设置在所述移动套的后端，所述移动套内设有孔道，所述移动探针的内腔通过所述孔道与所述压力传感器连通，如此设置，通过前后滑动移动套，即可带动移动探针在槽道内滑动，以便在喷管流道内不同位置处取压。
进一步的，还包括联动杆、滑块、底座和步进电机，所述底座上设有滑轨，所述步进电机通过丝杆结构驱动所述滑块沿所述滑轨滑动，所述联动杆设置在所述移动套和滑块之间，以带动两者联动滑动，该驱动结构简单，易于实现，且步进电机控制精确，可确保移动探针取压点位置准确。
进一步的，还包括与所述压力传感器依次电连接的采集板卡和计算机，压力传感器可对移动探针上取出的气流压力进行电压值信号的转换，转换后的电压值信号由采集板卡采集，然后输入到电脑进行信号记录与保存。
进一步的，所述步进电机的输入端与所述计算机电连接，可通过专用软件进行编码控制步进电机的移动速度与移动距离。
相比于现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供的装置在喷管流道内压力测量实验中，移动探针对流道内流体的流动无影响，且可以有效避免探针受力弯曲变形带来测量误差，适用于流道较长的场景；移动探针前端呈针尖状，可消除在入口气流较大时在移动探针前端产生的噪声；计算机控制步进电机驱动移动探针移动取压，精确可靠。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为联动杆、移动滑台、步进电机结构示意图；
图3为喷管流道结构示意图；
图4为采用本发明的装置获取的喷管流道内静压值原始信号图；
图5为采用本发明的装置获取的喷管流道内压力分布曲线图。
图中标记：1-移动探针，2-喷管，3-喷管流道，4-取压孔，5-封板，6-移动套，7-压力传感器，8-气流管道，9-联动杆，10-移动滑台，11-步进电机，12-采集卡板，13-计算机，14-滑块，15-底座，16-滑轨。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，如图1-2所示，包括喷管2、压力传感器7和中空的移动探针1，喷管2内部形成有喷管流道3，喷管流道3的直壁面上开设有沿流体流动方向的槽道，槽道贯通喷管2，移动探针1嵌装在槽道内并可沿槽道的长度方向滑动，移动探针1朝向喷管流道3的侧壁上开设有取压孔4；移动探针1的后端开孔，其内腔通过该孔与所述压力传感器7连通；
还包括长直的流体管道8，其前端、侧壁及后端各设有一个开口，喷管2安装在流体管道8中部；流体管道8的前端开口为流体的入口；其侧壁开口位于喷管2后方，为流体的出口；其后端开口上固定设有封板5；移动探针1贯穿封板5且两者之间形成密封；移动探针1可相对于封板5前后滑动；
移动探针1的外形呈圆柱状，前端呈针尖状，所述槽道的横截面为圆弧形；槽道横截面的圆弧对应圆心角的角度范围为300°至330°；
图3是本实施例中喷管流道结构示意图，喷管喉部高度hc为2.56mm，进口高度hin为7.91mm，出口高度hout为2.76mm，收缩段长度Lc为32.41mm，扩张段长度Ld为34.01mm；
本实施例中，槽道横截面的圆弧对应圆心角的角度为330°，且该槽道对移动探针1有一个预压力；移动探针1直径为1.5mm，长度为80mm，固定位置上开有一直径为0.3mm的取压孔4；
还包括移动套6，移动探针1的后端固定在移动套6的前端，压力传感器7设置在移动套6的后端，移动套6内设有孔道，移动探针1的内腔通过孔道与压力传感器7连通；具体的，压力传感器7通过螺纹与移动套6上的螺孔进行连接；
还包括联动杆9、移动滑台10和步进电机11，其中移动滑台10包括底座15及设于底座15上的滑块14，底座15上还设有滑轨16，步进电机11通过丝杆结构驱动滑块14沿滑轨16滑动，联动杆9设置在移动套6和滑块14之间，以带动两者联动滑动；具体的，联动杆9前端通过螺纹与移动套6上的螺孔进行连接，联动杆9后端通过螺纹与滑块14上的螺孔进行连接；
还包括与压力传感器7依次电连接的采集板卡12和计算机13；本实施例中，压力传感器7采用OMEGA的PX309系列；数据采集板卡12采用美国National Instrusment公司生产的NI9203数据采集模块，数据采集程序采用NI公司基于图形可视化编程语言的虚拟软件Labview可对采集的电流信号等参数进行实时监测和分析，同时可根据需要设定不同的采样频率和采样模式；
步进电机11的输入端与计算机13电连接，本实施例中，通过专用软件USR-M4进行编码控制步进电机11的移动速度与移动距离；
本实施例中，步进电机11的步进移动距离为5mm，共测量13个位置，每个位置测量时间为2.5s，采样频率为50Hz；
本实施例中，喷管流道内各测量位置处静压值原始信号如图4所示，获取喷管流道内压力分布曲线如图5所示。
采用前述技术方案的本发明，移动探针1前后滑动可在流道内任意位置取压，并通过压力传感器7进行静压值测量，由于移动探针1嵌装在喷管2直壁面上设置的槽道内，使得移动探针1的引入对流道内流体的流动无影响，且槽道可为移动探针1提供支撑作用，避免了探针受力弯曲变形带来测量误差，相比于现有技术中喷管实验中压力分布的测量采用的移动探针会对流体的流动产生影响，且探针容易受力弯曲变形带来测量误差，不适用于流道较长的情况的问题，本发明提供的装置在喷管流道内压力测量实验中，移动探针对流道内流体的流动无影响，且可以有效避免探针受力弯曲变形带来测量误差，适用于流道较长的场景；同时，移动探针前端呈针尖状，可消除在入口气流较大时在移动探针前端产生的噪声；计算机控制步进电机驱动移动探针移动取压，精确可靠。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，其特征在于，包括喷管(2)、压力传感器(7)和中空的移动探针(1)，所述喷管(2)内部形成有喷管流道(3)，所述喷管流道(3)的直壁面上开设有沿流体流动方向的槽道，所述槽道贯通所述喷管(2)，所述移动探针(1)嵌装在所述槽道内并可沿所述槽道的长度方向滑动，所述移动探针(1)朝向所述喷管流道(3)的侧壁上开设有取压孔(4)；所述移动探针(1)的后端开孔，其内腔通过该孔与所述压力传感器(7)连通。
2.根据权利要求1所述的用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，其特征在于，所述移动探针(1)的外形呈圆柱状，所述槽道的横截面为圆弧形。
3.根据权利要求2所述的用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，其特征在于，所述槽道横截面的圆弧对应圆心角的角度范围为300°至330°。
4.根据权利要求1所述的用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，其特征在于，所述移动探针(1)的前端呈针尖状。
5.根据权利要求1所述的用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，其特征在于，还包括长直的流体管道(8)，其前端、侧壁及后端各设有一个开口，所述喷管(2)安装在所述流体管道(8)中部；所述流体管道(8)的前端开口为流体的入口；其侧壁开口位于所述喷管(2)后方，为流体的出口；其后端开口上固定设有封板(5)；所述移动探针(1)贯穿所述封板(5)且两者之间形成密封。
6.根据权利要求5所述的用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，其特征在于，还包括移动套(6)，所述移动探针(1)的后端固定在所述移动套(6)的前端，所述压力传感器(7)设置在所述移动套(6)的后端，所述移动套(6)内设有孔道，所述移动探针(1)的内腔通过所述孔道与所述压力传感器(7)连通。
7.根据权利要求6所述的用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，其特征在于，还包括联动杆(9)、滑块(14)、底座(15)和步进电机(11)，所述底座(15)上设有滑轨(16)，所述步进电机(11)通过丝杆结构驱动所述滑块(14)沿所述滑轨(16)滑动，所述联动杆(9)设置在所述移动套(6)和滑块(14)之间，以带动两者联动滑动。
8.根据权利要求7所述的用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，其特征在于，还包括与所述压力传感器(7)依次电连接的采集板卡(12)和计算机(13)。
9.根据权利要求8所述的用于喷管流道内压力测量的可移动探针装置，其特征在于，所述步进电机(11)的输入端与所述计算机(13)电连接。
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