本发明专利技术属于船舶与水下航行器工程、水利水电工程技术领域，特别涉及附着型空化流体实验技术。附着型非定常空化流体内部结构观察装置，其技术方案是：它包括：水洞观察段，实验模型(1)，玻璃窗组件(13)，内窥镜相机(10)，内窥镜镜头(8)，内窥镜光源(7)，内窥镜照明系统(9)，内窥镜图像显示器(12)和内窥镜图像采集存储电脑主机(11)；本发明专利技术利用内窥镜技术，为附着型非定常空化流体内部复杂结构的观察研究提供了有效手段。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于船舶与水下航行器工程、水利水电工程
，特别涉及附着型空化流体实验技术。
技术介绍
工程领域中的空化现象大多数是一种附着型空化。研究表明，空化的发展过程具有强烈的非定常特性，伴随着复杂的流体作用力。附着型空穴断裂及大尺度空泡云团的脱落和溃灭往往会产生剧烈的振动、噪声和压力脉冲，这些问题涉及到了多个工程领域里关键问题的解决。附着型非定常空化流体流动涉及到湍流、动量和质量转换、可压缩性和非定常等几乎所有的复杂流动现象，这使得附着型非定常空化流体内部结构非常复杂，如各种漩涡结构(马蹄涡，发卡涡等)、回射流运动结构。尤其是，随着附着型空化流体内部含气率的增加，空化流体的声速会显著降低，一定工况下会导致泡状流激波的产生，已有学者对该激波诱导附着型空穴断裂及脱落机制进行研究。开展附着型空化流体内部复杂精细结构的研究工作对于提高对空化机理的认识具有重要意义，因此，亟需专利技术新的研究手段。由于空化现象的复杂性，实验研究一直是推动人们对空化流动机理认识的基本方法，空化流动的常规研究设备主要有高速全流场显示技术、粒子测速技术(PIV)、激光多普勒测速(LDV)、激光诱导荧光(LIF)和微小型传感器。先进实验技术的专利技术，是推动人们对空化机理认识的重要途径，例如，北京理工大学的王国玉等分别采用高速摄像技术和粒子测速技术(PIV)研究了绕翼型和回转体的空穴形态演变过程以及空化流动的速度场。但高速摄像技术是针对空化流体整体形态演变进行观察，无法精确捕捉到空化流体内部众多复杂精细结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对现有测量设备无法精确捕捉空化流体内部各种精细结构的问题，提供了一种基于内窥镜的附着型非定常空化流体内部结构观察装置及方法。本专利技术的技术方案是：附着型非定常空化流体内部结构观察装置，其特征是：它包括：水洞观察段，实验模型，玻璃窗组件，内窥镜相机，内窥镜镜头，内窥镜光源，内窥镜照明系统，内窥镜图像显示器和内窥镜图像采集存储电脑主机；水洞观察段包括：试验段，透明有机玻璃；试验段为矩形断面结构，顶面、前面以及侧面为便于观察的透明有机玻璃板；实验模型为楔形结构，前部分为收缩段，后部分为扩张段，附着型空化发生在扩张段流动分离区域，在扩张段流动分离区域布置有两个玻璃窗组件安装螺纹孔；试验段底部与水洞观察段下部通过螺栓孔连接，在试验段底部铣出一圈密封槽，采用O型密封圈进行水密封；玻璃窗组件包括：玻璃凸台，玻璃压圈和玻璃套；玻璃套上部的螺纹结构以与实验模型扩张段的螺纹孔相装配；内窥镜相机用于拍摄内窥镜镜头所观察的图像；内窥镜镜头通过长管探入玻璃窗组件进行观察；内窥镜光源为内窥镜镜头观察区域提供照明；内窥镜照明系统控制内窥镜光源能量等级，保证内窥镜镜头观察区域的亮度达到拍摄要求；内窥镜图像显示器用于对内窥镜镜头观察以及捕捉精细结构，根据内窥镜图像显示器提供图像对内窥镜镜头位置和内窥镜光源能量等级进行调节；内窥镜图像采集存储电脑主机采集并存储内窥镜相机拍摄的图像。附着型非定常空化流体内部结构观察方法，它使用如上所述的附着型非定常空化流体内部结构观察装置，并包括以下步骤：a.调节流动参数，使实验模型的扩张段流动分离区域产生附着型空化；b.通过内窥镜图像显示器观察内窥镜镜头是否观察到预期的空化结构，否则，移动内窥镜镜头位置；c.设置内窥镜相机的采集频率以及采集时间长度；d.调节内窥镜光源照明区域和光源能量等级，使得内窥镜镜头观察图像清晰；e.当观察到预期空化结构产生条件时使用内窥镜相机采集图像；f.内窥镜相机采集的图像信息存储至内窥镜图像采集存储电脑主机；g.多工况多次重复试验；h.在内窥镜图像显示器上观察多场同步采集的图像信息，并进行数据分析；i.结束实验。有益效果：本专利技术利用内窥镜对物体内部复杂精细结构的窥探优势技术，实现了对附着型非定常空化流体内部复杂结构的观察研究。附图说明图1为本专利技术装置部分的结构示意图；图2为本专利技术装置部分中实验模型的结构示意图；图3为本专利技术装置部分中玻璃窗组件的结构示意图；图4为本专利技术装置部分中玻璃窗组件的剖视图；图5为图4的仰视图。具体实施方式实施例1，参见附图1，附着型非定常空化流体内部结构观察装置，它包括：水洞观察段，实验模型1，玻璃窗组件13，内窥镜相机10，内窥镜镜头8，内窥镜光源7，内窥镜照明系统9，内窥镜图像显示器12和内窥镜图像采集存储电脑主机11；水洞观察段包括：试验段3，透明有机玻璃2；试验段3为矩形断面结构，顶面、前面以及侧面为便于观察的透明有机玻璃板2；参见附图2，实验模型1为楔形结构，前部分为收缩段，后部分为扩张段，附着型空化发生在扩张段流动分离区域4，在扩张段流动分离区域4布置有两个玻璃窗组件安装螺纹孔5，6；试验段3底部与水洞观察段下部通过螺栓孔14连接，在试验段3底部铣出一圈密封槽15，采用O型密封圈进行水密封；参见附图3-5，玻璃窗组件13包括：玻璃凸台13-1，玻璃压圈13-2和玻璃套13-3；玻璃套13-3上部的螺纹结构以与实验模型1扩张段的螺纹孔5，6相装配；玻璃套13-3下部为便于扳手安装的六棱柱结构；内窥镜相机10用于拍摄内窥镜镜头8所观察的图像；内窥镜相机10安装时采用橡胶隔震垫和海绵隔震垫双重隔震措施；内窥镜镜头8通过长管探入玻璃窗组件13进行观察；内窥镜光源7为内窥镜镜头8观察区域提供照明；内窥镜照明系统9控制内窥镜光源7能量等级，保证内窥镜镜头8观察区域的亮度达到拍摄要求；内窥镜图像显示器12用于对内窥镜镜头8观察以及捕捉精细结构，根据内窥镜图像显示器12显示的画面对内窥镜镜头8位置和内窥镜光源7能量等级进行调节；内窥镜图像采集存储电脑主机11采集并存储内窥镜相机10拍摄的图像。实施例2，附着型非定常空化流体内部结构观察方法，它使用如实施例1所述的附着型非定常空化流体内部结构观察装置，并包括以下步骤：a.调节流动参数，使实验模型1的扩张段流动分离区域4产生附着型空化；b.通过内窥镜图像显示器12观察内窥镜镜头8是否观察到预期的空化结构，否则，移动内窥镜镜头8位置；c.设置内窥镜相机10的采集频率以及采集时间长度；d.调节内窥镜光源7照明区域和光源能量等级，使得内窥镜镜头8观察图像清晰；e.当观察到预期空化结构产生条件时使用内窥镜相机10采集图像；f.内窥镜相机10采集的图像信息存储至内窥镜图像采集存储电脑主机11；g.多工况多次重复试验；h.在内窥镜图像显示器12上观察多场同步采集的图像信息，并进行数据分析；i.结束实验。本文档来自技高网...
【技术保护点】
附着型非定常空化流体内部结构观察装置，其特征是：它包括：水洞观察段，实验模型(1)，玻璃窗组件(13)，内窥镜相机(10)，内窥镜镜头(8)，内窥镜光源(7)，内窥镜照明系统(9)，内窥镜图像显示器(12)和内窥镜图像采集存储电脑主机(11)；所述水洞观察段包括：试验段(3)，透明有机玻璃(2)；所述试验段(3)为矩形断面结构，顶面、前面以及侧面为便于观察的所述透明有机玻璃板(2)；所述实验模型(1)为楔形结构，前部分为收缩段，后部分为扩张段，附着型空化发生在扩张段流动分离区域(4)，在所述扩张段流动分离区域(4)布置有两个玻璃窗组件安装螺纹孔(5，6)；所述试验段(3)底部与所述水洞观察段下部通过螺栓孔(14)连接，在所述试验段(3)底部铣出一圈密封槽(15)，采用O型密封圈进行水密封；所述玻璃窗组件(13)包括：玻璃凸台(13‑1)，玻璃压圈(13‑2)和玻璃套(13‑3)；所述玻璃套(13‑3)上部的螺纹结构以与所述实验模型(1)扩张段的所述螺纹孔(5，6)相装配；所述内窥镜相机(10)用于拍摄所述内窥镜镜头(8)所观察的图像；所述内窥镜镜头(8)通过长管探入所述玻璃窗组件(13)进行观察；所述内窥镜光源(7)为所述内窥镜镜头(8)观察区域提供照明；所述内窥镜照明系统(9)控制所述内窥镜光源(7)能量等级，保证所述内窥镜镜头(8)观察区域的亮度达到拍摄要求；所述内窥镜图像显示器(12)用于对所述内窥镜镜头(8)观察以及捕捉精细结构，根据所述内窥镜图像显示器(12)提供图像对所述内窥镜镜头(8)位置和所述内窥镜光源(7)能量等级进行调节；所述内窥镜图像采集存储电脑主机(11)采集并存储所述内窥镜相机(10)拍摄的图像。...
【技术特征摘要】
1.附着型非定常空化流体内部结构观察装置，其特征是：它包括：水洞观察段，实验模型(1)，玻璃窗组件(13)，内窥镜相机(10)，内窥镜镜头(8)，内窥镜光源(7)，内窥镜照明系统(9)，内窥镜图像显示器(12)和内窥镜图像采集存储电脑主机(11)；所述水洞观察段包括：试验段(3)，透明有机玻璃(2)；所述试验段(3)为矩形断面结构，顶面、前面以及侧面为便于观察的所述透明有机玻璃板(2)；所述实验模型(1)为楔形结构，前部分为收缩段，后部分为扩张段，附着型空化发生在扩张段流动分离区域(4)，在所述扩张段流动分离区域(4)布置有两个玻璃窗组件安装螺纹孔(5，6)；所述试验段(3)底部与所述水洞观察段下部通过螺栓孔(14)连接，在所述试验段(3)底部铣出一圈密封槽(15)，采用O型密封圈进行水密封；所述玻璃窗组件(13)包括：玻璃凸台(13-1)，玻璃压圈(13-2)和玻璃套(13-3)；所述玻璃套(13-3)上部的螺纹结构以与所述实验模型(1)扩张段的所述螺纹孔(5，6)相装配；所述内窥镜相机(10)用于拍摄所述内窥镜镜头(8)所观察的图像；所述内窥镜镜头(8)通过长管探入所述玻璃窗组件(13)进行观察；所述内窥镜光源(7)为所述内窥镜镜头(8)观察区域提供照明；所述内窥镜照明系统(9)控制所述内窥镜光源(7)能量等级，保证所述内窥镜镜头(8)观察区域的亮度达到拍摄要求；所述内窥镜图...
【专利技术属性】
技术研发人员：王国玉，王畅畅，黄彪，张敏弟，刘涛涛，张汉哲，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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