CN205317809U - 基于piv通气空穴内部流场测量的粒子播撒装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于PIV通气空穴内部流场测量的粒子播撒装置，属于PIV测量装置技术领域。该播撒装置中的空化器为封闭的壳体，其侧面加工有通气孔，空化器上连接有进气管与内部的空腔相通；空化器内部是粒子缓存管，其侧面上也加工有通气孔，粒子缓存管上连接有进气连接管与空腔相通，粒子缓存管的外表面与空化器的内表面之间形成一个空腔；同时在外部的管路上接有粒子储存管，通过两个控制阀以及气源对粒子进行及时补充，使粒子能够连续均匀的播撒。本实用新型能够用于多种外形的通气空化研究，便于PIV系统的测量和应用。

Description

基于PIV通气空穴内部流场测量的粒子播撒装置

技术领域

本实用新型涉及一种PIV测量装置，具体涉及一种通气空泡内部流场结构测量的可拆卸粒子播撒装置,属于PIV测量装置技术领域。

背景技术

通气空化作为一种有效的减阻途径，是目前水中兵器领域的研究热点之一，研究通气空化内部流场结构具有重要的理论意义和应用价值。但由于空泡流场结构的复杂性和多相性使全面深入实验研究十分困难，目前针对通气空化流场的PIV测量，仅可获取绕通气空穴外流场的流动细节，对其内部流动结构的细致测量缺乏有效的手段和方法。这是由PIV的工作原理引起的，因此，为了深入分析通气空泡内部流场结构，合适的示踪粒子选取以及其通入空泡内部的方法是解决问题的关键。在空气流场中PIV测试常用的示踪粒子主要有二氧化钛或镁颗粒烟雾和橄榄油或石蜡油滴等，但对于超空泡流场测试由于待测流场和通气系统中具有较大的湿度和压差，小颗粒烟雾或油雾相互凝聚，造成空泡中粒子浓度不足甚至无法进入空泡内部流场，且其可见性较差，无法准确捕捉超空泡内部流场结构。WosnikM,etal.Experimentalstudyofaventilatedsupercavitatingvehicle[C]//FifthInternationalSymposiumonCavitation(CAV2003).Osaka,Japan,2003，该文献中记载了以水中空化形成的微小气泡为示踪粒子，采用DPIV(DigitalParticleImageVelocimetry)数字粒子成像测速技术进行了对通气超空泡尾部水流场的测试，成功获得了空化条件下通气超空泡尾部的水流场速度分布，但气泡粒子只能用于水流场，无法用于气体的流场，无法获得空泡内部流场结构。《船舶力学》2013年第17期中，通气超空泡内部流场PIV测试方法(作者：仲霄，王树山，马峰，张敏弟)一文中应用流化床，将固态粒子与气体充分混合后，通过通气管路输运粒子，但是应用流化床撒播固体粒子，对通气管路的设计要求很高，且在输送过程中通气压强与流速的剧烈变化，易使粒子在低流速区域发生堆积，从而堵塞通气管路。中国专利申请：《一种空化器内部粒子撒布装置》申请号(201510116756.7)，该申请中的粒子撒布装置在实验过程中，储存的粒子量有限，无法及时补充，且一旦发生倒灌，实验就无法继续。基于上述在应用PIV测量通气空泡内部流场结构时存在的弊端，为了防止通气管路堵塞与粒子供应不足，且又能保证粒子与空气充分混合，且能随时拆卸补充粒子，保证实验的可靠性和简便性，需要设计一种在工件附近的外部可拆卸的粒子储存管和工件内部的粒子混合管相结合的粒子撒播装置，这样不仅能够减小沿程损失，防止通气管道的堵塞，又能保证粒子的供应，同时能够保证粒子充分混合均匀，提高实验的可靠性和准确性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于PIV通气空穴内部流场测量的粒子播撒装置，能够可靠的在通气空穴内部撒布均匀的粒子的同时即时补充粒子，并对粒子进行控制调节，同时该装置可拆卸，能够用于多种外形的通气空化研究(比如钝体，方腔等)，便于PIV系统的测量和应用。

一种基于PIV通气空穴内部流场测量的粒子播撒装置,该播撒装置包括空化器、粒子储存管、粒子缓存管、连接管、三通阀、控制阀、储气罐和压气机；

所述空化器为封闭的壳体，其侧面加工有通气孔，空化器一侧的端面上设有连接端，该连接端上具有两个接口与内部的空腔相通；

所述粒子缓存管同样为封闭的圆柱形壳体，其外圆周面上加工有过气孔，一端的端面上设有与连接管相联通的连接孔；

其整体连接关系为：所述粒子缓存管固定连接在空化器的内部，一路连接管与空化器连接端上的一个接口连接后与空化器内部相通，该连接管上连有一个控制阀，另一路连接管穿过空化器连接端上另一个接口后与粒子储存管上的连接孔连接并与粒子储存管内部相通，两路连接管同时连接三通阀的两端，三通阀的另一端连接一个带储气罐和压气机的管路；与粒子缓存管联通的连接管上连接有粒子储存管，粒子储存管两端的连接管上分别连接一个控制阀。

进一步地，所述空化器的左侧面和右侧面互相平行，迎流面与水流方向垂直，空化器,上的通气孔加工在背流面上，目的是防止在空化过程中水流倒灌进入空化器内部。

进一步地，所述粒子缓存管上的过气孔均匀分布在外圆周面上，为了更加均匀的播撒粒子。

有益效果：

1、本实用新型将粒子储存管置于空化器外部，利用两者之间的空腔使得粒子与空气进行了二次混合，有利于通气空穴中的粒子分布均匀和连续供应，能够便于PIV系统的测量和观测。

2、本实用新型采用关闭控制阀的形式对试验过程中进行粒子补充，确保了试验全过程不会产生倒灌现象，此外，由于采用的是外部粒子，即使发生空化器内部压力不足产生倒灌的现象，由于储存管在外部，关闭阀门就可以保证液体不会进入粒子储存管内，使得装置的可靠性大大提高。

附图说明

图1为本实用新型粒子播撒装置的结构示意图；

图2为本实用新型空化器的结构示意图；

图3为本实用新型粒子缓存管的结构示意图；

图4为本实用新型在水洞试验段内进行试验的原理图。

其中、1-水洞试验段、2-粒子撒布装置、3-气液交界面、4-通气空泡、5-水体、6-通气孔排出气体、7-空化器、8-通气孔、9-粒子缓存管、10-过气孔、11-控制阀Ⅰ、12-控制阀Ⅱ、13-控制阀Ⅲ、14-粒子储存管、15-连接管、16-三通阀、17-储气罐、18-压气机。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

如附图1所示，本实用新型提供了一种基于PIV通气空穴内部流场测量的粒子播撒装置,该播撒装置包括空化器7、粒子储存管14、粒子缓存管9、连接管15、三通阀16、控制阀Ⅰ11、控制阀Ⅱ12、控制阀Ⅲ13、储气罐17和压气机18；

如附图2所示，所述空化器7为封闭的壳体，其侧面加工有通气孔8，空化器7一侧的端面上设有连接端，该连接端上具有两个接口与内部的空腔相通；所述空化器7的左侧面和右侧面互相平行，迎流面与水流方向垂直，空化器7上的通气孔8加工在背流面上，目的是防止在空化过程中水流倒灌进入空化器内部。

如附图3所示，所述粒子缓存管9同样为封闭的圆柱形壳体，其外圆周面上也加工有过气孔10，过气孔10均布在外圆周面上，为了更加均匀的播撒粒子。一端的端面上设有与连接管相联通的连接孔。

所述粒子缓存管9固定连接在空化器7的内部，一路连接管15与空化器7连接端上的一个接口连接后与空化器7内部相通，该连接管上连有控制阀Ⅲ13，另一路连接管穿过空化器连接端上另一个接口后与粒子储存管14上的连接孔连接并与粒子储存管14内部相通，两路连接管15同时连接三通阀16的两端，三通阀16的另一端连接一个带储气罐17和压气机18的管路；与粒子缓存管9联通的连接管上连接有粒子储存管14，粒子储存管14两端的连接管15上分别连接控制阀Ⅰ11和控制阀Ⅱ12。

工作原理如附图4所示：将空化器安装在水洞，实验前，将粒子存放在外部储存管14中，将与空化器7外部相连的控制阀Ⅰ11和控制阀Ⅱ12关闭，而与空化器相连另一端进气的控制阀Ⅲ13保持开通，外部气源通过进气管不断向空化器7中通入气体，从空化器7的通气孔流出的气体在水洞来流的作用下使得空化器后部形成一个较大的通气空穴，持续不断的气流保证流场中通气空穴的形成，也可避免水洞中的水流倒灌进入空化器内部；开始试验时，将粒子储存管14两端的控制阀Ⅰ11和控制阀Ⅱ12打开，使粒子在进入缓存盒9中运动过程中与气体充分混合，粒子缓存盒9的过气孔10排出的混合了粒子的气流与进气管通入空化器7内部的气体再次混合均匀，通过空化器7背流面的通气孔8向外排出，使得通气空穴内部的粒子能够分布均匀。当粒子用尽后，关闭控制阀Ⅰ11和控制阀Ⅱ12，加装粒子后，继续打开控制阀Ⅰ11和控制阀Ⅱ12，进行粒子补充，保证了在实验过程中粒子的充分供应，满足了PIV测量时对粒子的需求。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于PIV通气空穴内部流场测量的粒子播撒装置，其特征在于，该播撒装置包括空化器(7)、粒子储存管(14)、粒子缓存管(9)、连接管(15)、三通阀(16)、控制阀、储气罐(17)和压气机(18)；

所述空化器(7)为封闭的壳体，其侧面加工有通气孔，空化器(7)一侧的端面上设有连接端，该连接端上具有两个接口与内部的空腔相通；

所述粒子缓存管(9)同样为封闭的圆柱形壳体，其外圆周面上加工有过气孔(10)，一端的端面上设有与连接管(15)相联通的连接孔；

其整体连接关系为：所述粒子缓存管(9)固定连接在空化器(7)的内部，一路连接管(15)与空化器连接端上的一个接口连接后与空化器(7)内部相通，该连接管(15)上连有一个控制阀，另一路连接管(15)穿过空化器连接端上另一个接口后与粒子储存管(14)上的连接孔连接并与粒子储存管(14)内部相通，两路连接管同时连接三通阀(16)的两端，三通阀的另一端连接一个带储气罐(17)和压气机(18)的管路；与粒子缓存管(9)联通的连接管(15)上连接有粒子储存管(14)，粒子储存管(14)两端的连接管(15)上分别连接一个控制阀。

2.如权利要求1所述的基于PIV通气空穴内部流场测量的粒子播撒装置，其特征在于，所述空化器(7)的左侧面和右侧面互相平行，迎流面与水流方向垂直，空化器(7)上的通气孔加工在背流面上。

3.如权利要求1或2所述的基于PIV通气空穴内部流场测量的粒子播撒装置，其特征在于，所述粒子缓存管(9)上的过气孔(10)均匀分布在外圆周面上。