[实用新型]一种空泡内气体流动规律试验装置

说明书

技术领域

实用新型涉及一种试验装置，具体涉及一种空泡内气体流动规律试验装置，属于流体力学技术领域。

背景技术

空化是当液体内部压力降低至饱和蒸汽压时发生的一种剧烈的非定常现象，伴随着大量空泡的产生、溃灭过程。空泡的产生与溃灭不仅会产生巨大的噪音，更会形成高速的微射流从而对附近的固体壁面产生巨大的冲击，导致材料的剥蚀。但是，空化可以使物体表面被一层气体包围。由于物体与气体之间的粘性阻力远小于物体与液体之间的粘性阻力，因此可以通过通气空化达到减阻的目的，这对于目前的船舶航行降低能耗有着重要意义。

目前国内外针对空化减阻的研究主要集中于空化过程中空泡的外形等宏观结果方面。但是国内外针对空泡内部气体流动规律的研究较少。国外目前还处于理论研究阶段。国内尚未开展相应研究。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种空泡内气体流动规律试验装置，通过气路和粒子注入并利用片光源形成剖面效果，利用高速摄像装置将空泡内气体流动以粒子轨迹进行显示。装置能够对试验件空泡内部气体流动规律进行研究，并可根据实际状况对实验工况进行调节。

一种空泡内气体流动规律试验装置，包括压气机、通气管、稳压罐、可调流量计、粒子注入装置、阀门、试验件、光源组件和图像采集模块，外围设备为闭式循环水洞实验台；

其中，所述光源组件包括激光发生器、导光臂和柱透镜；所述图像采集模块包括高速摄像机、主机和显示器；

所述试验件由本体和头部两部分组成，本体为两端开放的圆形空腔结构，内圆周面上加工有内螺纹段，一端的内孔从端面沿轴向扩有台阶孔；头部是由锥形段和圆柱段组成的一体结构，圆柱段为空腔结构，其前端加工与本体内孔螺纹段配合的外螺纹段，外螺纹段之外的外圆周面上加工与内腔相通的气孔；头部通过圆柱段的螺纹段与本体的内孔配合，本体的空腔与头部圆柱段的内腔相通，头部圆柱段上的气孔与本体的台阶孔相通，调节头部旋进本体的螺纹长度即调节本体端面与头部锥形段上相对端面之间的距离，即试验件上环形缝隙的大小；

其整体连接关系为：压气机的出口通过通气管Ⅳ连接稳压罐的入口，稳压罐出口通过通气管Ⅲ与二分阀门Ⅱ相连，通气管Ⅲ上装有阀门Ⅳ与可调流量计，通气管Ⅲ经二分阀门Ⅱ将气体分为两路：一路气体由通气管Ⅱ经阀门Ⅱ和阀门Ⅰ后连接在二分阀门Ⅰ的一个岔口上；另一路气体由通气管Ⅵ经阀门Ⅲ后进入粒子注入装置中，再由粒子注入装置的出口经通气管Ⅴ和阀门Ⅴ与二分阀门Ⅰ的另一岔口连接；二分阀门Ⅰ另一端与通气管Ⅰ连接，通气管Ⅰ与试验件本体上的内螺纹段螺纹连接；试验件位于闭式循环水洞实验台的试验段内；激光发生器连接导光臂，导光臂的前端设置柱透镜，柱透镜正对试验段内的试验件，高速摄像机从垂直于柱透镜照射方向正对试验段内的试验件，高速摄像机连接控制其拍摄范围和拍摄频率的主机，主机连接显示器，显示器显示拍摄后的图像。

所述粒子采用液态石蜡；

工作过程：首先启动闭式循环水洞实验台，选定合适的实验段流速；开动压气机一段时间使其形成连续的压缩空气并注入稳压罐中，通过可调流量计调节合适的气体流量并同时打开所有通气管上的阀门，使带有粒子或纯净的空气通入试验件本体内的空腔，空气经头部的排气孔进入本体的台阶孔后沿头部与本体相对端面形成的环形缝隙流出，水流在试验件周围形成较为稳定的空泡；启动激光器并调节柱透镜形成稳定的片光源对试验件进行照射，激光发生器产生的可调连续激光经导光臂到达水洞实验段的上部，激光经过柱透镜产生片光效果后透过实验段上部的透明有机玻璃板照射在实验段内固定的试验件上，高速摄像机拍摄实验图片，主机对高速摄像机通过进行控制，可以调节拍摄范围、拍摄频率、曝光时间等拍摄参数，拍摄的照片由显示器进行显示。

选择关闭或打开阀门Ⅴ可控制进入试验件内的是空气是带有粒子或纯净的空气，由于带有粒子的空气在经高速摄像机拍照后能够反映出气体流动的规律，因此便于对上述两种空气的流动规律情况进行对比研究。

有益效果：

1、本发明将试验件设计成本体和头部两部分，通过相互之间的螺纹配合来实现试验件上环形缝隙大小的调节，进而改变空化的大小，结构简单且操作方便；

2、本发明通过获取泡内粒子的分布可以有效的表现出空泡内部气体流动的细节，较好的反映出空泡内部气体的流动规律。对研究空泡内部气体流动的规律具有重要意义。

3、本发明的气路可以选择带有粒子或纯净的空气进入试验件2内部形成空泡，因此便于试验人员对上述两种空气的流动规律情况进行对比研究。

附图说明