[发明专利]减压环境下大尺度气泡实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是利用减压原理生成大尺度气泡的实验装置和利用该装置进行气泡机理研究的实验方法。

背景技术

近年来随着高速摄影技术的快速发展，国内外学者根据相似理论，开创了空泡理论的研究方法，近年来气泡运动特性试验研究多采用火花泡及电解泡代替真实的TNT炸药，利用高压放电生成的气泡尺寸较大，试验中计及浮力效应的影响效果较好，但是由于采用高压电路安全性较差，试验费用高，目前仍未被广泛的应用；而采用低电压生成气泡，提高了试验安全性，但与高压生成气泡相比缺点是生成气泡的半径较小，继而导致气泡运动过程中浮力的影响不明显，气泡与自由表面及边界的相互作用的分析都是基于不考虑重力影响的。然而，通过试验研究发现，有限水域水下爆炸气泡试验气泡自身重力是一个特别重要的、必不可少的影响因素，需要特别考虑。由此可看出，以上方法都因为存在一些的缺点，而不能在大尺度气泡实验研究领域推广。

发明内容

本发明的目的在于提供可较好地模拟真实水下环境的减压环境下大尺度气泡实验装置及方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明减压环境下大尺度气泡实验装置，其特征是：包括减压容器、气泡发生器系统；

所述的减压容器包括椭圆封头、筒体、变径支撑腿，椭圆封头设置在筒体顶部，椭圆封头下端固定连接封头凸法兰，筒体上端固定连接封头凹法兰，封头凸法兰和封头凹法兰通过螺栓方式相连，变径支撑腿安装在筒体下方，椭圆封头上设置第一大圆形孔和两个小圆孔，第一大圆形孔里安装第一闷盖法兰和第一透盖法兰，第一透盖法兰一端与椭圆封头固定在一起，第一透盖法兰另一端与第一闷盖法兰相连，两个小圆孔分别安装压力表的管接头以及连接真空泵，第一闷盖法兰和第一透盖法兰上安装用于布设仪器数据线的管接头，筒体的侧面开有一对圆形采光孔和一对长圆形观察窗口，圆形采光孔与圆形采光孔相对布置，长圆形观察窗口与长圆形观察窗口相对布置，筒体下端设置第二大圆形孔，第二大圆形孔里安装第二闷盖法兰和第二透盖法兰，第二闷盖法兰和第二透盖法兰上安装用于布设仪器数据线的管接头，变径支撑腿下方安装与其固定在一起的底圈；

所述的气泡发生系统结构如下：220V的交流电源与第三指示灯并联，再与交流转直流电源与并联，第一交流接触器依次与第一指示灯和第一开关串联，然后与220V交流电源并联，第二交流接触器依次与第二指示灯和第二开关串联，然后与220V交流电源并联；交流转直流电源、电容、电阻和由第一交流接触器控制的第三开关依次串联，电压表与电容两端并联；电容与第二交流接触器所控制的第四开关串联，两端再分别与第一闷盖法兰上的两铜丝电极相连；

距减压容器长圆形观察窗口1米的地方设置高速摄像机，距离减压容器对侧长圆形观察窗口0.5米处设置第一柔光灯，距减压容器一侧圆形采光孔0.5米处放置第二柔光灯，另一侧采光窗口设置液压堆高机，液压堆高机上端可升降部分与减压容器的第一闷盖法兰固定在一起，第一闷盖法兰上固定有电极支架，两个电极支架的下端各连接一个铜丝电极，气泡发生系统和电脑放置在距减压容器2至3米处，气泡发生系统中电容与减压容器内的电极通过第一闷盖法兰和第一透盖法兰上的管接头导线，电脑与高速摄像机通过数据线相连，真空泵放置在距减压容器2至3米处，方向与电脑与气泡发生系统所处位置相反，真空泵与减压容器椭圆封头上的一个小圆孔通过导气管连接。

本发明减压环境下大尺度气泡实验装置还可以包括：

1、筒体下端设置用于排水的放水底阀，筒体内部设置加强减压容器结构强度的补强板和热轧等边角钢。

本发明减压环境下大尺度气泡实验方法，其特征是：采用本发明所述的减压环境下大尺度气泡实验装置，采取如下步骤：

(1)将两盏柔光灯采取侧、后光源相结合的方式进行试验；高速摄像机镜头调至水平，正对拍摄物体，且与拍摄物体同高；真空泵下表面做减振处理；

(2)将减压容器内注入去气蒸馏水，采用液压堆高机升起第一闷盖法兰进行铜丝电极预置，然后将第一闷盖法兰盖放下，并调整至铜丝电极、第一柔光灯、第二柔光灯和高速摄像机在同一高度上，对第一闷盖法兰和第一透盖法兰做密封处理；

(3)将压力表调零，调整光源亮度，使高速摄像机不会在电火花生成初期曝光过度；

(4)开启气泡发生系统第一充电开关，点亮第一充电指示灯，电容两端充电，达到预置电压时刻关闭第一充电开关；

(6)开启真空泵，待到达所需压力时，关闭真空泵管接头的阀门；