[发明专利]基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置及实验方法

说明书

本发明涉及一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置及实验方法。流动测量实验装置包括主回路管路、旁路管路和核磁共振成像系统，其中，在主回路管路上设置有相互连通的第一储液箱和测试段，测试段放置于核磁共振成像系统中，测试段中设置有复杂结构安装位，复杂结构安装位位于在核磁共振成像系统的扫描区中；旁路管路连接在第一储液箱和复杂结构安装位之间。该实验装置采用核磁共振成像系统对测试段扫描，可以测量具有复杂几何边界的复杂结构中的三维全场速度，对复杂结构的壁面透光性无要求，而且测量速度快，空间分辨率高，适用性广；同时，无需在流场中额外分布粒子，避免了粒子对复杂结构的流场产生影响，提高了测量的准确率。

技术领域

本发明属于速度测量技术领域，具体涉及一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置及实验方法。

背景技术

精细化流场测量，特别是小型复杂结构内部的三维流场测量是国内外实验流体力学领域的难点。工业应用中，多种设备均存在至关重要的内部流动结构。例如，航空发动机和地面燃气轮机涡轮叶片内部及其表面包含复杂的冷却通道。由于目前涡轮前燃气温度已远远高于叶片材料的耐热极限，复杂精细的叶片冷却系统是提高涡轮前燃气温度、延长叶片寿命的关键核心技术。涡轮叶片内部结构极其复杂，叶片中弦区通常用多流程的肋化冷却通道冷却、前缘内部由冷却气冲击冷却、尾缘内部采用肋柱冷却通道冷却，同时冷却气由叶片表面气膜孔喷出，在叶片外表面形成冷却气膜，降低叶片外表面的热负荷，防止叶片部件的高温烧蚀。叶片冷却系统设计希望在冷却气流量低、压降低的条件下实现传热效率高、叶片表面温度分布均匀。而冷却系统流动结构(即速度场分布)直接决定了叶片的冷却效率，因此对叶片冷却系统流动的三维全场精细化速度测量为改善部件内流动结构设计、优化传热与冷却效率提供理论基础和测试验证方法，是提高航机和燃机部件效率和整机性能的重要依据。

目前常用的速度测量方法包括激光多普勒测速技术、激光粒子成像技术等。

激光多普勒测速技术(LDV)是一种基于运动粒子对入射光的多普勒效应的非接触式速度测量方法，其原理为在流场中分布粒子，激光照射粒子后粒子对其散射，散射光频率与入射光频率不同，二者的频率差与粒子运动速度成正比，从而得出粒子运动速度。激光多普勒测速技术的实现需要特定频率/波长的激光源、光信号收集器、信号处理器、透光性强且透光均匀的实验台等设备。其复杂的光学系统仅适用于模型透光性强、几何边界简单的流动，对于复杂结构的内部流动，由于其设备壁面透光性减弱而难以适用；而且在流场中分布粒子，可能对流场产生一定影响；另外，激光多普勒测速技术是单次单点测量技术，对整场速度测量耗时较长而且空间分辨率有限。

激光粒子成像测速技术(PIV)是一种基于粒子成像的非接触式速度测量方法。其原理为：在流场中分布粒子，然后采用激光照射粒子，在相邻极短时间内拍摄粒子图像，根据相邻时刻粒子位移计算粒子所在位置流场速度。和激光多普勒测速技术类似，激光粒子成像测速技术需要复杂的激光与相机等光学系统，对设备的透光性要求较高，不适用于几何结构复杂的模型内流场测量；而且需要在流场中分布粒子，可能对流场产生一定影响；另外，该技术局限于局部区域，单次只能测量某平面内二维速度分布，空间三维速度测量需要复杂的三维体式PIV系统，三维全场速度测量耗时较长。

因此，现有的常规测量方法不仅测量耗时较长，而且由于复杂结构几何边界的复杂性以及材料的较差的透光性，无法适用于复杂结构内部流动的三维速度场测量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置及实验方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置，包括主回路管路、旁路管路和核磁共振成像系统，其中，

在所述主回路管路上设置有相互连通的第一储液箱和测试段，所述测试段放置于所述核磁共振成像系统中，所述测试段中设置有复杂结构安装位，所述复杂结构安装位位于所述核磁共振成像系统的扫描区中；