[发明专利]一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，包括供水部、实验部和出口部；供水部包括恒压水箱，恒压水箱中设置竖直方向的溢流板，上方连接外部供水管道，恒压水箱左右侧壁底部分别开有出水口；实验部包括矩形管道，管道上壁面的中部留有涡旋发生体安装口和法兰结构凸台；涡旋发生体通过法兰结构凸台安装于矩形管道上部；涡旋发生体内部开有“L”形通孔，示踪剂沿通孔流入矩形管道内部；管道后端通过出口导管连接阀门后再连接到收集水箱；本发明可以通过3D打印做出不同截面形状的涡旋发生体，模拟不同工况下的钝体尾迹流，进而通过PET探测器实现不同来流速度及截面形状下的钝体尾迹流场流动状态的成像。

技术领域

本发明涉及钝体尾迹流场检测技术领域，主要涉及一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置及使用方法。

背景技术

随着科学技术的发展，特别是高端制造业的迅速发展，对于检测技术也提出了越来越高的要求。许多应用领域需要对不透明密闭腔体及管道内的流体流动状态进行检测，以便及时发现那些在流固耦合过程中产生机械应力集中和机械疲劳风险较高的区域，从而对装置的寿命进行预测，并为装置内部结构改进和优化提供关键可靠的检测依据。而目前对于不透明密闭腔体及管道内部、一些高端复杂件内部流场状态的检测还没有一种很好的无损、无扰动的检测方法。应用较为广泛的光学检测方法如粒子图像测速技术等，对流场状态的检测均受到需要透明窗口等限制，无法实现真正意义上的对密闭腔体内部流场流动状态的无损检测，而正电子湮灭时产生的γ光子所具有的能量远高于可见光，具有较强的穿透性，利用该特点，可实现对不透明密闭腔体和管道内部及一些高端复杂件内部流场状态的检测。

流体绕过非流线形柱体广泛存在于能源动力系统的多个关键生产环节之中，如管式换热器中介质横掠受热管、热电偶测温时介质冲刷保护套管等。流体与柱体之间的相互作用极其复杂，其中涉及流动分离、旋涡脱落、升力振荡等非线性过程，因此，深入认识钝体绕流规律及其尾迹流场演化特性，不仅对流体力学研究具有重要的理论价值，而且对提高存在钝体绕流的工业设备安全性也具有实际意义。

传统基于光学的方法对钝体尾迹流动进行研究的实验装置往往放置在宽阔的室内，且为了便于研究人员进行观察，实验装置的体积都较为庞大，无法直接放置于PET探测器上。若要利用正电子湮灭技术实现密闭管道内部钝体尾迹流场的检测，则需要一种体积较为小巧，能够用于现有的PET探测器上，并能够产生足够稳定的钝体尾迹流场的实验装置。

发明内容

发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置及使用方法，该装置具有体积小、操作简便和结构模块化的特点，使用时可结合PET探测器实现不同来流速度及截面形状下的钝体尾迹流场流动状态的成像。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，包括供水部、实验部和出口部；

所述供水部包括恒压水箱，恒压水箱中设置竖直方向的溢流板，上方连接外部供水管道，将外部水流输入至溢流板与恒压水箱侧壁之间，恒压水箱左右侧壁底部分别开有出水口；

所述实验部包括横向设置的矩形管道，管道进口端通过入口导管连接恒压水箱右侧壁出水口，出口端与出口部的阀门连接；所述矩形管道中段上壁面开有涡旋发生体安装口；所述涡旋发生体安装口上部设置有法兰结构凸台；所述法兰凸台中部为贯通的圆柱孔；通过法兰连接固定于矩形管道上；所述涡旋发生体截面为外径依次缩小的三级台阶柱体；上段为圆盘形法兰片，中段为圆柱底座，底端为柱形钝体；所述涡旋发生体通过圆柱底座与法兰结构凸台内径配合固定安装；所述法兰片沿轴线开有柱状通孔，圆柱底座上端面与柱状通孔同轴设置有细通孔，延伸至柱形钝体；所述细通孔截面为“L”形，柱形钝体侧壁开有对应的末端开口；示踪剂容器通过示踪剂注入管连接至法兰片轴线通孔，将示踪剂输入至柱形钝体的末端开口，进而流入矩形管道内；

所述矩形管道的出口端通过阀门连接出口导管，排出的液体沿出口导管流入收集箱内。