CN204154469U - 旋转流体动力学实验系统装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的一种旋转流体动力学实验系统装置，包括旋转平台，所述旋转平台包含水槽、旋转供电系统、动力系统、实时监控系统、照明系统、拍摄系统、遥控热力系统和测温系统，水槽中盛状有水和玻璃微珠，旋转供电系统为动力系统、照明系统、拍摄系统、遥控热力系统提供电源，动力系统带动旋转平台，拍摄系统拍摄水槽中玻璃微珠运动情况，获得玻璃微珠的运动图像，通过比较相邻几帧的画面来识别玻璃微珠，确定了玻璃微珠的运动轨迹，反演出单个玻璃微珠的瞬时速度和瞬时加速度，将离散的速度信息插值到网格上，获得玻璃微珠速度场。本实用新型的旋转流体动力学实验系统装置，结构巧妙，操作方便，通过拍摄系统拍摄后处理得出低速流动高精度测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种流体动力学装置，具体涉及一种旋转流体动力学实验系统装置。
背景技术
旋转流体中的热对流具有显著的涡旋特征，是地球物理流体和太阳内部流体运动的基本概念模型，揭示这种对流的爆发机制和涡旋结构对天气预报和太阳活动预报有重要意义。前人对这一基础问题的研究集中于用物理实验对宏观流场做统计研究，以及运用湍流直接数值模拟方法研究流场精细结构。然而，尚未有人做实验从热力角度研究过对流爆发过程，也没有人用物理实验对涡旋结构做过精细测量。另外，在国内未见有类似科研和教学目标的仪器的报告。
实用新型内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种旋转流体动力学实验系统装置，结构巧妙，操作方便。
技术方案：为实现上述目的，本实用新型的旋转流体动力学实验系统装置，包括旋转平台，所述旋转平台包含水槽、旋转供电系统、动力系统、实时监控系统、照明系统、拍摄系统、遥控热力系统和测温系统；
所述水槽包括水槽主体、底板和转盘，水槽主体包含外侧的正方体四壁和内侧的圆柱壁，正方体四壁与圆柱壁组成了水腔，水腔里装有水和玻璃微珠，水槽主体底部连接底板，底板位于转盘上；
所述旋转供电系统包含交错框架、电力导电滑环和中轴，所述框架的顶部连接电力导电滑环，电力导电滑环通过中轴与交错框架连接，交错框架位于旋转平台上；
所述动力系统包含感应电机、电机控制器和轴承，所述感应电机通过轴承驱动底盘转动，感应电机通过电机控制器控制感应电机；
所述实时监控系统包含摄像头、信号导电环和电脑接收端，所述摄像头安装在交错框架上，摄像头通过信号导电环与电脑接收端连接，信号导电环也通过中轴安装在交错框架上；
所述照明系统包括红色激光器、绿色激光器和日光灯，红色激光器位于水槽两侧，绿色激光器位于水槽侧面；日光灯位于水槽顶部；
所述拍摄系统包括第一相机和第二相机，第一相机位于转盘上，水平拍摄水槽，第二相机位于水槽的正上方，垂直拍摄水槽；
所述遥控热力系统加热黑箱和变压器，所述加热黑箱位于底座上，加热黑箱具有第二白炽灯，第二白炽灯与变压器连接调节第二白炽灯的亮度；
所述测温系统包括若干个测温表组成的测温器阵列，所述测温表包括直径3mm的铂电阻探头。
作为优选，所述正方体侧面四壁相对的两壁上设有黑色的确良挡光帘。
作为优选，所述遥控热力系统还包括冷却装置，冷却装置具有散热片和风扇。
作为优选，所述圆柱内填充橡胶环垫。
作为优选，所述第一相机和第二相机设有滤光片。
有益效果：本实用新型的旋转流体动力学实验系统装置，结构巧妙，操作方便，通过拍摄水槽中玻璃微珠运动情况，获得玻璃微珠的运动图像，通过比较相邻几帧的画面来识别玻璃微珠并确定其运动轨迹，做到了速度和温度同步测量，便于教学和学生科研训练。
附图说明
图1为本实用新型的主视图；
图2为图1(未包含支撑件和电脑接收端)的俯视图旋转90度的结构示意图；
图3为图1的左视图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
如图1至图3所示，本实用新型的旋转流体动力学实验系统装置，包括旋转平台，所述旋转平台包含水槽、旋转供电系统、动力系统、实时监控系统、照明系统、拍摄系统、遥控热力系统和测温系统；
水槽包括水槽主体7、底板和转盘21，水槽主体7为双层结构，由外侧的正方体有机玻璃壁和内侧的圆柱壁有机玻璃柱组成，两者均无底面。以圆柱区作为实验区，以保证实验时的各向均匀性。圆柱与正方体四壁之间部满水状态分在实验时为，以消除圆面对于光线的偏折作用，保证拍摄画面的质量。底板选用20*20cm厚2mm的铝板以保证其强度，耐热性和导热性均处于实验要求之内。铝板与有机玻璃粘连保证密闭性，在铝板处于有机玻璃圆柱内的区域表面粘贴有外直径14cm，内直径6cm的橡胶环垫用以绝热，保证处于最中心的圆内的主实验区不受任何影响。在正方体有机玻璃壁的左右两侧，均有7.5cm的黑色挡光帘，以消除激光的散射，保证入射激光的光束层为单一一层，整个水槽主体7位于转盘21上。
旋转供电系统包含交错框架、电力导电滑环1、中轴、和支撑件12，所述框架的顶部连接两个电力导电滑环1，两个电力导电滑环1通过中轴与支撑件12连接，交错框架 位于转盘21上。通过两个电力导电滑环1可以使电流从地面固定插座进入转盘21而电线不发生缠卷。系统设计的难点是保证两个电力导电滑环1的同轴同速稳定转动。这要求电力导电滑环1的外环转速与转盘21严格保持一致，而两内环转速要相互保持一致。我们用交错框架结构将导电环与转盘21固定，通过中轴与转盘21的同轴刚性连接，解决了第二个问题。这是这一系统最为关键的部分；
所述动力系统包含感应电机10、电机控制器11和轴承9，所述感应电机10通过轴承9驱动底盘转动，感应电机10通过电机控制器11控制感应电机10；
所述实时监控系统包含摄像头19、信号导电环2和电脑接收端13，所述摄像头19安装在交错框架上，摄像头19通过信号导电环与电脑接收端13连接，信号导电环通过中轴安装在支撑架12上，通过摄像头19的监控，从电脑端直接观察到转盘21是否达到刚性旋转，实现实时监控，摄像头19的信号通过信号导电环2传输到电脑接收端13；
所述照明系统包括红色激光器6、绿色激光器18和日光灯，绿色激光器18位于转盘21上，红色激光器6位于水槽两侧，日光灯位于水槽的顶部上方，照明系统共有两套，分别对应的是不同的测量目标：PIV实验照明系统包括前方放置的绿色200mW一字线激光器由水平入射和红色200mW一字线激光器从黑色挡光帘的当中垂直入射，与转盘21底成90°。实验区水中加入72μm玻璃微珠。微珠为均匀分布，当激光通过实验流体时，可以明显观察到对应水层的微珠运动情况。拍摄由带有对应颜色滤光片的相机进行。墨迹实验照明系统包括日光灯，置于装置上部的日光灯打开，集中照亮主实验区部分；
所述拍摄系统包括第一相机5和第二相机23，第一相机5选用佳能600D相机，第二相机23选用佳能650D相机，第一相机5位于转盘21上，水平拍摄水槽，第二相机23位于水槽的正上方，垂直拍摄水槽，负责水平方向拍摄的第一相机5还可以连接遥控开关，扩展出实时连拍功能。PIV实验时，两台相机会安装对应颜色的滤光片；
遥控热力系统主要由四部分组成，加热黑箱，冷却装置，变压器15和遥控开关。加热黑箱为此系统中的核心部分，加热黑箱核心部件为220v，200w的白炽灯。加热黑箱通过将白炽灯与转盘21铝制底部隔开，来使白炽灯的主要加热作用变为辐射传热，这种方法的优点是易于调控加热强度和位置。因白炽灯辐射加热效应过强，故以黑色挡光帘将其余部分遮住。变压器15与白炽灯连接，用以调节灯泡亮度。冷却装置包括散热片与风扇14，散热片与风扇14组合可以产生沿散热片方向的对流，通过冷却装置的对流来对整个试验系统装置降温。遥控开关与白炽灯连接，控制白炽灯的加热。
所述测温系统包括若干个测温表组成的测温器阵列，所述测温表包括直径3mm的铂电阻探头，探头测温精度0.1K，直径3mm左右的铂电阻探头替代原有对扰动过于敏感的 合金探头，测温器阵列按照高度顺序安放，将探头固定在转盘21中，可以精确的得到固定处的温度廓线情况。
实验时，当做PIV实验室，照明系统采用红色200mW一字线激光器和绿色200mW一字线激光器，两台激光器照射到水槽中，通过水平和竖直两个方向上的相机，以摄像的方式连续获得玻璃微珠的运动图像，通过比较相邻几帧的画面来识别玻璃微珠；确定了玻璃微珠的运动轨迹，反演出单个玻璃微珠的瞬时速度和瞬时加速度，将离散的速度信息插值到网格上，获得玻璃微珠速度场。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.旋转流体动力学实验系统装置，其特征在于：包括旋转平台，所述旋转平台包含水槽、旋转供电系统、动力系统、实时监控系统、照明系统、拍摄系统、遥控热力系统和测温系统；
所述水槽包括水槽主体、底板和转盘，水槽主体包含外侧的正方体四壁和内侧的圆柱壁，正方体四壁与圆柱壁组成了水腔，水腔里装有水和玻璃微珠，水槽主体底部连接底板，底板位于转盘上；
所述旋转供电系统包含交错框架、电力导电滑环和中轴，所述框架的顶部连接电力导电滑环，电力导电滑环通过中轴与交错框架连接，交错框架位于旋转平台上；
所述动力系统包含感应电机、电机控制器和轴承，所述感应电机通过轴承驱动底盘转动，感应电机通过电机控制器控制感应电机；
所述实时监控系统包含摄像头、信号导电环和电脑接收端，所述摄像头安装在交错框架上，摄像头通过信号导电环与电脑接收端连接，信号导电环也通过中轴安装在交错框架上；
所述照明系统包括红色激光器、绿色激光器和日光灯，红色激光器位于水槽两侧，绿色激光器位于水槽侧面；日光灯位于水槽顶部；
所述拍摄系统包括第一相机和第二相机，第一相机位于转盘上，水平拍摄水槽，第二相机位于水槽的正上方，垂直拍摄水槽；
所述遥控热力系统加热黑箱和变压器，所述加热黑箱位于底座上，加热黑箱内有白炽灯，白炽灯与变压器连接调节白炽灯的亮度；
所述测温系统包括若干个测温表组成的测温器阵列，所述测温表包括直径3mm的铂电阻探头。
2.根据权利要求1所述的旋转流体动力学实验系统装置，其特征在于：所述正方体侧面四壁相对的两壁上设有黑色的确良挡光帘。
3.根据权利要求1所述的旋转流体动力学实验系统装置，其特征在于：所述遥控热力系统还包括冷却装置，冷却装置具有散热片和风扇。
4.根据权利要求1所述的旋转流体动力学实验系统装置，其特征在于：所述圆柱壁内填充橡胶环垫。
5.根据权利要求1所述的旋转流体动力学实验系统装置，其特征在于：所述第一相机和第二相机设有滤光片。
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| CN109186938A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-11 | 中国海洋大学 | 一种大型地转效应试验平台 |
| CN110361298A (zh) * | 2018-05-11 | 2019-10-22 | 廊坊立邦涂料有限公司 | 一种流变仪 |
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