[实用新型]低气压环境下水体中气核自然分布的观测装置

说明书

本实用新型公开一种低气压环境下水体中气核自然分布的观测装置，包括设有真空阀、进水阀和排水阀的真空模型箱，与真空模型箱连接的片光源，与片光源连接的激光发射器，与激光发射器连接的同步控制器以及与同步控制器分别连接的计算机和CCD相机；所述计算机中设有图像采集卡，图像采集卡与CCD相机相连。本实用新型可观测低气压环境下水体气核的分布，通过真空箱、真空泵及真空表对箱内气压的调控，可实现低气压的环境条件，可观测水体中自然存在的气核分布。

技术领域

本实用新型涉及一种低气压环境下水体中气核自然分布的观测装置，属于水利工程空化空蚀技术领域。

背景技术

我国水电开发重点正在向西部高海拔地区推进，高海拔地区具有气压低、氧气稀薄的特点，影响水体中气核分布。气核是空化发生的基本前提，空蚀则是空化泡溃灭对水工建筑物边壁产生的破坏。因此，观测低气压环境下水体中气核的分布，对于揭示高海拔地区高速水流空化空蚀特性具有重要的理论意义与实用价值。

目前水体中气核分布观测主要采用激光干涉成像的光学观测方法，主要有以下不足：（1）观测的气核是通过空气压缩泵或播核系统向水体中掺入的，无法反映水体中自然存在的气核分布，与实际工程应用不符；（2）观测装置仅用于常压环境，无法观测低气压环境下水体中气核分布。

实用新型内容

针对以上不足，本实用新型提供一种低气压环境下水体中气核自然分布的观测装置。

本实用新型通过下列技术方案实现：一种低气压环境下水体中气核自然分布的观测装置，包括设有真空阀、进水阀和排水阀的真空模型箱，与真空模型箱连接的片光源，与片光源连接的激光发射器，与激光发射器连接的同步控制器以及与同步控制器分别连接的计算机和CCD相机；所述计算机中设有图像采集卡，图像采集卡与CCD相机相连。计算机用于存储图像采集卡采集的图像数据，通过采集分析软件实时显示、记录、分析观测到的气核图像。

所述真空模型箱上还设有真空压力表。

所述真空阀通过PVC钢丝管与真空泵相连。真空压力表用于测量真空模型箱内的真空度，真空阀通过PVC钢丝管连接真空泵用于抽气。

所述进水阀通过管道与上水箱相连，上水箱的位置高于真空模型箱。上水箱用于存储水样，真空模型箱注水时上水箱内始终有一定深度的水，防止多余空气通过进水管进入真空模型箱。

所述真空模型箱由顶盖与箱体组成；箱体外壳为有机玻璃，厚度15mm以上；内壁贴附一层透明玻璃，以降低低压下水体气泡在壁面的吸附程度；箱体与顶盖之间采用橡胶圈密封；真空模型箱的背景面为均质黑色，能增强气核与背景的对比程度。

所述排水阀设于箱体的侧壁，用于排水；进水阀设于顶盖上，用于进水。

所述CCD相机成像的照度大于等于0.00002Lux；镜头为微距镜头，能够对5μm以上的气核成像。

该装置使用时是按下列操作进行：

（1）关闭真空模型箱的排水阀，打开真空模型箱顶盖上的真空阀，开启真空泵，待真空压力表的示值稳定在目标气压后，关闭真空阀及真空泵；

（2）打开进水阀，缓慢注入待测水体，使水样与箱内真空气体充分掺混，注水完成后关闭进水阀；

（3）由于在低气压下注水过程中微气泡逸出会导致真空度小幅度下降，需实时观察待真空度稳定后，微调气压至目标气压；

（4）预拍摄水体气核图像，分析水体气核移动速度，当气核移动速度小于20μm/s时，再正式采集图像；

（5）采集图像完成后，关闭片光源、激光发射器及CCD相机，打开真空模型箱的排水阀，放空真空模型箱。

本实用新型与现有技术相比有如下优点：