一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒装置及操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于流体速度场测量领域，涉及一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒装置及操作方法，以解决现有技术中不能同时在两相流场PIV测量实验中有效播撒示踪粒子的问题，包括圆柱形保压罐体，带有搅拌机的罐体和可升降的粒子释放器。圆柱形保压罐体，包括第一观察窗，进气口，安全阀，压力表，第一阀门，出气口和第一软管。带有搅拌机的罐体，包括第一电机，进水口，第二观察窗，搅拌装置，第二阀门，第二软管和出水口。可升降的粒子释放器，包括第二电机，丝杆，支撑架，连接棒，顶端钢板，横向管路，垂向圆管。本发明专利技术用途广，操作简单，可靠性强。

A tracer particle broadcasting device and operation method for PIV measurement of two phase flow field

The invention belongs to the field of measurement of fluid velocity field, relates to a tracer particle seeding device and operation method of two-phase flow measurement with PIV, in order to solve the prior art can not effectively at the same time spread of tracer particles in two-phase flow field of PIV in the experiment of measuring problems, including cylindrical pressure tank, the tank with a mixer and a liftable particle release. Cylindrical pressure tank body, including the first observation window, air intake, safety valve, pressure gauge, first valve, outlet and first hose. A tank with a blender, including the first motor, the inlet, the second observation window, the stirring device, the second valve, the second hose and the outlet. Up and down particle releaser, including second motor, wire rod, support frame, connecting rod, top steel plate, horizontal pipe, vertical circular pipe. The invention has the advantages of wide use, simple operation and strong reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒装置及操作方法
本专利技术属于流体速度场测量领域，尤其涉及一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒装置及操作方法。
技术介绍
目前，测量液体流场的方法有：(1)比托管测速法；(2)热线/热膜测速法；(3)LDV激光多普勒及相关技术；(4)PIV技术。激光多普勒测速仪是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频率的关系得到速度。由于是激光测量，对于流场没有干扰，测速范围宽，而且由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度，压力没有关系，是目前世界上速度测量精度最高的仪器。从功能上分为：光路部分、信号处理部分。光路部分：采用He-Ni激光器或Ar离子激光器，是因为它们能够提供高功率的514.5nm,488nm,476.5nm三种波长的激光。新一代的LDA系统采用固体激光器，大幅降低了对操作者使用经验的要求。带有频移装置的分光器将激光分成等强度的两束，经过单模保偏光纤和光纤耦合器，将激光送到激光发射探头，调整激光在光腰部分聚焦在同一点，以保证最小的测量体积,这一点就是测量体即光学探头。接收探头将接受到的多普勒信号送到光电倍增管转化为电信号以及处理并发大，再至多普勒信号分析仪分析处理后至计算机记录，配套系统软件可以进行数据处理工作。在流场中存在适当示踪粒子的情况下，可同时测出流动的三个方向速度，升级至PDA系统后甚至可以测量球形透明颗粒的粒子直径。PIV，即粒子图像测速法，是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。近几十年来得到了不断完善与发展，PIV技术的特点是超出了单点测速技术的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。PIV技术除向流场散布示踪粒子外，所有测量装置并不介入流场。另外PIV技术具有较高的测量精度。由于PIV技术的上述优点，已成为当今流体力学测量研究中的热门课题，因而日益得到重视。PIV测速方法有多种分类，无论何种形式的PIV，其速度测量都依赖于散布在流场中的示踪粒子，PIV法测速都是通过测量示踪粒子在已知很短时间间隔内的位移来间接地测量流场的瞬态速度分布。若示踪粒子有足够高的流动跟随性，示踪粒子的运动就能够真实地反映流场的运动状态。因此示踪粒子在PIV测速法中非常重要。在PIV测速技术中，高质量的示踪粒子要求为：(1)比重要尽可能与实验流体相一致；(2)足够小的尺度；(3)形状要尽可能圆且大小分布尽可能均匀；(4)有足够高的光散射效率。通常在液体实验中使用空心微珠或者金属氧化物颗粒，空气实验中使用烟雾或者粉尘颗粒(超音速测量使用纳米颗粒)，微管道实验使用荧光粒子等。在用于液态流场测量时，对示踪粒子在流场中的分布情况和浓度的可调节性提出了较高要求。在播撒示踪粒子进入被测流场时，示踪粒子在流场中分布的均匀程度和会对测量结果产生较大的影响，若分布不均匀则无法反映被测流场的真实信息，会使测量结果产生较大的偏差，甚至产生错误的测量结果。而针对不同的测量工况时，又需要能够随时对示踪粒子在被测流场中的浓度进行调节，并且调节反馈过程要尽可能简短、迅速。PIV激光测试技术以其能够测量全场等优点被广泛应用于流场的测试中。在PIV实验中，示踪粒子的选择对于实验的结果起着至关重要的作用。示踪粒子必须严格具有散射光的能力以及良好的跟随性、安全性、经济性等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供播撒效率高，结构简单，可靠性强，用途广的一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒装置及操作方法。本专利技术的目的是这样实现的：第一方面，本专利技术提供一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒装置，包括圆柱形保压罐体1，带有搅拌机的罐体9和可升降的粒子释放器。圆柱形保压罐体1的出气口7通过第一软管8与可升降的粒子释放器连接，带有搅拌机的罐体9的出水口32通过第二软管15与可升降的粒子释放器相连接。圆柱形保压罐体1，包括第一观察窗2，进气口3，安全阀4，压力表5，第一阀门6，出气口7和第一软管8。第一观察窗2和压力表5位于圆柱形保压罐体1的侧面；进气口3位于圆柱形保压罐体1的侧面，靠近下底面；出气口7位于圆柱形保压罐体1的上底面；第一阀门6安装在出气口7上；安全阀4位于圆柱形保压罐体1的侧面，靠近下底面；第一软管8与出气口7连接。带有搅拌机的罐体9，包括第一电机10，进水口11，第二观察窗12，搅拌装置13，第二阀门14，第二软管15和出水口32。第一电机10和进水口11位于带有搅拌机的罐体9的上底面，搅拌装置13与第一电机10的转轴相连接，第二观察窗12位于带有搅拌机的罐体9的侧面，出水口32位于带有搅拌机的罐体9的下底面，第二阀门14安装在出水口32上。第二软管15与出水口32连接。可升降的粒子释放器，包括第二电机16，丝杆17，支撑架18，连接棒19，顶端钢板20，横向管路21，垂向圆管24。支撑架18与连接棒19固定连接成一个矩形框架；顶端钢板20两侧有开孔33，中间有丝孔34，顶端钢板20通过开孔33与连接棒19连接，可在连接棒19上滑动；第二电机16安装在支撑架18的上侧，丝杆17穿过顶端钢板20的丝孔34并与第二电机16的转轴连接，与连接棒19平行。横向管路21固定在顶端钢板20下侧，垂向圆管24垂直连接在横向管路21上。横向管路21包括第一内层管道25，横向管路进气口29，横向管路进水口26和第一外层管道30。垂向圆管24包括第二内层管道27和第二外层管道28。第一内层管道25和第二内层管道27连接，第一外层管道30和第二外层管道28连接。第一外层管道30通过横向管路进水口26与第一软管8连接。横向管路进气口29与第二软管15连接。垂向圆管24上半部有均匀的出气孔22，垂向圆管24的下半部分有均匀的出水孔23。第二方面，本专利技术还提供一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒操作方法，包含如下步骤：步骤(1)：关闭第一阀门6与第二阀门14，将一定量的示踪粒子通过漏斗型引导管分别注入圆柱形保压罐体1和带有搅拌机的罐体9；步骤(2)：撤去漏斗形引导管，通过空压机和水泵将空气和水分别从进气口3和进水口11送入罐体内；步骤(3)：当圆柱形保压罐体1上的压力表5所显示的压力值达到预定压力时，撤去空压机，关闭进气口3；步骤(4)：当带有搅拌机的罐体9中的水位到达预定水位时，撤去水泵，关闭进水口11，开启搅拌装置13进行搅拌；步骤(5)：通过第二观察窗12，待示踪粒子充分均匀混合后，关闭第一电机10；步骤(6)：开启可升降的粒子释放器顶部的第二电机16，将可升降的粒子释放器下降到水面指定位置，打开第一阀门6及第二阀门14；步骤(7)：启动拖车系统，以一定航速航行，将混合均匀的示踪粒子同时播撒到气相和液相中；步骤(8)：播撒完毕后，升起粒子播撒器，关闭第一阀门6和第二阀门14。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术所采用的罐体预混合装置，可对气相与液相中示踪粒子进行同步预混合，大大的节约了时间成本。圆柱形保压罐体更是可以实现粒子的保压投放，结构简单，安全可靠。可升降的粒子释放器，通过电机与丝杆的简单结构实现了粒子释放器的自由升降，保障了粒子能快速精准的被送达测量区域。粒子释放器所采用的特殊管路结构，有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒装置及操作方法，其特征在于：包括圆柱形保压罐体1，带有搅拌机的罐体9和可升降的粒子释放器；圆柱形保压罐体1的出气口7通过第一软管8与可升降的粒子释放器连接，带有搅拌机的罐体9的出水口32通过第二软管15与可升降的粒子释放器相连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒装置及操作方法，其特征在于：包括圆柱形保压罐体1，带有搅拌机的罐体9和可升降的粒子释放器；圆柱形保压罐体1的出气口7通过第一软管8与可升降的粒子释放器连接，带有搅拌机的罐体9的出水口32通过第二软管15与可升降的粒子释放器相连接。2.根据权利要求1所述的一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒装置及操作方法，其特征在于：所述的圆柱形保压罐体1，包括第一观察窗2，进气口3，安全阀4，压力表5，第一阀门6，出气口7和第一软管8；第一观察窗2和压力表5位于圆柱形保压罐体1的侧面；进气口3位于圆柱形保压罐体1的侧面，靠近下底面；出气口7位于圆柱形保压罐体1的上底面；第一阀门6安装在出气口7上；安全阀4位于圆柱形保压罐体1的侧面，靠近下底面；第一软管8与出气口7连接。3.根据权利要求1所述的一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒装置及操作方法，其特征在于：所述的带有搅拌机的罐体9，包括第一电机10，进水口11，第二观察窗12，搅拌装置13，第二阀门14，第二软管15和出水口32；第一电机10和进水口11位于带有搅拌机的罐体9的上底面，搅拌装置13与第一电机10的转轴相连接，第二观察窗12位于带有搅拌机的罐体9的侧面，出水口32位于带有搅拌机的罐体9的下底面，第二阀门14安装在出水口32上；第二软管15与出水口32连接。4.根据权利要求1所述的一种用于两相流场PIV测量的示踪粒子播撒装置及操作方法，其特征在于：所述的可升降的粒子释放器，包括第二电机16，丝杆17，支撑架18，连接棒19，顶端钢板20，横向管路21，垂向圆管24；支撑架18与连接棒19固定连接成一个矩形框架；顶端钢板20两侧有开孔33，中间有丝孔34，顶端钢板20通过开孔33与连接棒19连接，可在连接棒19上滑动；第二电机16安装在支撑架18的上侧，丝杆17穿过顶端...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恋舟，郭春雨，赵大刚，薛嵘，徐佩，宋妙妍，张东汗，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23