本实用新型专利技术涉及到一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，包括角度盘、圆形铜管、壁面、蓄水池、磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、水槽、联接软管、计算机、同步仪、激光器、片光源及CCD相机；壁面设置于钢化玻璃水槽内，蓄水池依次经磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管与圆形铜管贯通连接，圆形铜管一端与联接软管贯通，另一端置于水槽内的壁面上方；蓄水池内的水依次穿过磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管、圆形铜管，并从圆形铜管射出，冲击到壁面上，形成整个冲击射流的流场。本实用新型专利技术结构简单、设计合理，能够全面地研究雷诺数、冲击角度、冲击距离及脉冲周期对流场中各种流动特征的影响规律。
【技术实现步骤摘要】
一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置
本技术涉及到一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，主要用于脉冲式淹没冲击射流内部流动的速度测量。
技术介绍
粒子图像测速（ParticleImageVelocimetry，以下简称PIV）技术是上个世纪八十年代发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。PIV测速的原理十分简单，它是通过测量某一时间间隔（ΔT）示踪粒子移动的距离来计算出粒子的瞬时速度。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，因此在流场的内部流动测量中得到广泛应用。冲击射流是指自由射流对固体壁面或者液体壁面的冲击流动，在众多工程
亦得到广泛的应用。在水利水电泄水工程中，高水头拱坝的孔口水流跌入水垫塘、泄洪洞或溢洪道等泄水建筑物的出口挑出的空中水舌冲击下游河道就是典型的冲击射流现象。此外，在航道疏浚工程中的边抛排泥、射流冲沙，工业油罐灌底的油泥清淤，航空航天领域中飞行器及航天器起飞或着陆时的喷射气流冲击地面，材料加工处理方面的射流切割及喷涂，动力机械方面的射流泵、汽轮机，工程热物理方面的燃烧室及各种喷洒设备，均是典型的冲击射流问题。目前，传统的冲击射流PIV实验台具有以下特点：按照冲击角度（射流轴线与冲击壁面的夹角）的不同，冲击射流可以分为竖直冲击射流与斜向冲击射流，由于竖直冲击射流的实验装置及流动相对简单，大部分冲击射流PIV实验台针对于竖直冲击射流；少部分斜向冲击射流PIV实验台，其冲击角度固定不变，无法进行不同冲击角度的冲击射流PIV实验；过去冲击射流PIV实验仅针对连续冲击射流，没有考虑到脉冲冲击射流的因素。刘沛清的论文“高坝下游水垫塘内淹没冲击射流实验”（1998）、章蔚红等人的论文“利用PIV技术对淹没射流瞬时流场特性的研究”（2004）及刘昭等人的论文“利用PIV技术对淹没射流瞬时流场特性的研究”（2015）所进行的淹没式冲击射流PIV实验具备上述2，3特点。经检索，目前还没有关于脉冲式淹没冲击射流PIV实验的专利。
技术实现思路
为了研究脉冲式淹没冲击射流的瞬态流动结构，本技术提供了一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，该技术可以全面地研究雷诺数、冲击角度、冲击距离及脉冲周期对流场中各种流动特征及涡旋结构的影响规律。本技术的目的是这样实现的，一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，包括角度盘、圆形铜管、壁面、蓄水池、磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、水槽、联接软管、计算机、同步仪、激光器、片光源及CCD相机；所述水槽为透明水槽，壁面为透明壁面；所述角度盘固定于支撑架上；所述圆形铜管与角度盘可拆卸式固定，且圆形铜管在角度盘上角度可调节；所述壁面设置于钢化玻璃水槽内，蓄水池依次经磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管与圆形铜管贯通连接，圆形铜管一端与联接软管贯通，另一端置于水槽内的壁面上方；蓄水池内的水依次穿过磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管、圆形铜管，并从圆形铜管射出，冲击到壁面上，形成整个冲击射流的流场；所述计算机、同步仪、激光器、片光源依次连接，计算机、同步仪、激光器、片光源与CCD相机组成整个PIV拍摄系统；其中，计算机控制激光器发射激光，计算机控制CCD相机进行拍摄，而同步仪同步激光器的发射时间与CCD相机的拍摄时间，激光器发射的激光通过片光源形成片光；所述片光源置于水槽的底部，片光源可向上发射激光，激光穿过从圆形铜管射出的射流中截面；CCD相机置于水槽的侧面，并平行于从圆形铜管射出的射流中截面。所述壁面为有机玻璃壁面。所述水槽为钢化玻璃水槽，水槽为方形。所述水槽设置于蓄水池的上方，水槽的侧壁上部设有溢水口，溢水口上设有下闸门，溢水口位于蓄水池的上方。所述角度盘的形状为1/4圆形，所述角度盘上设有中心孔、7个边孔，中心孔设置于角度盘的直角处，7个边孔设置于角度盘的弧形边处，中心孔与7个边孔的连线形成7条相互之间间隔15度的线段；所述中心孔以及每个边孔两侧均添加2个小孔，中心孔两侧的2个小孔以及边孔两侧的2个小孔可安装固定件，圆形铜管通过固定件紧贴着固定在角度盘上，通过圆形铜管固定于不同的边孔上，实现调整圆形铜管的角度，从而调整冲击射流的冲击角度。所述圆形铜管为可拉伸式圆形铜管。所述脉冲发生器用于形成不同频率的脉冲射流。所述角度盘在支撑架上可上下移动。所述CCD相机在水槽内可平移。一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置进行测速的方法，其特征是，A、首先将圆形铜管在角度盘上调整好角度，并固定在角度盘上；壁面放置在水槽中，圆形铜管置于壁面上方；在水槽中加入带有示踪粒子的水；启动磁力泵，蓄水池内的水依次穿过磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管、圆形铜管，并从圆形铜管射出，冲击到壁面上，形成整个冲击射流的流场；B、片光源位于水槽底部的中截面上，并向上垂直发射两道时间间隔为ΔT的激光；C、把CCD相机置于水槽的侧面并平行于射流中截面，对准射流中截面后利用示踪粒子在激光区域的曝光作用，记录两道激光粒子曝光时的图像，形成两幅粒子分布图片；D、通过示踪粒子在两幅照片（图片）的位移差与时间差算出射流中截面流场的速度方向和大小；E、由于CCD相机每次拍摄的区域有限，通过平移CCD相机可以将多次拍摄的区域合成一个较大的区域。本技术结构合理、生产制造容易、使用方便，通过本技术，该实验装置是由角度盘、圆形铜管、壁面、蓄水池、磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、水槽、联接软管及PIV测量装置等部件组成，射流从圆形铜管射出，冲击在壁面上，形成整个冲击射流的流场。本技术重要内容之一，方形水槽采用钢化玻璃制造，壁面采用有机玻璃制造，不仅可以保证实验装置的强度要求，还可以减少激光折射带来的误差。本技术重要内容之二，角度盘为一个1/4圆形有机玻璃板上凿出1个中心孔及7个边孔，中心孔与边孔的连线形成7条相隔15度的线段，每个中心孔及边孔两侧各添加2个小孔，以便在中心孔及边孔边位置处加上固定件，迫使铜管紧贴着玻璃板并通过任意线段，从而调整冲击射流的冲击角度；此外，可以通过拉伸铜管或者上下调整角度盘的高度来调整铜管出口与壁面的冲击距离。本技术重要内容之三，本实验采用的是脉冲发生器，可以控制的开启时间及关闭时间，从而形成不同频率的脉冲射流，为了消除泵自身压力脉动带来的脉冲干扰，本实验采用基本不会产生压力脉动的磁力泵作为动力源。本技术重要内容之四，本实验的拍摄区域为冲击射流的中截面，该区域集中了冲击射流的主要流动特征，包括冲击射流的形成及分离、边界层的发展等等，为了拍摄该区域，将片光源置于水槽的底部并向上发射穿过射流中截面的激光，同时把CCD相机置于水槽的侧面并平行于射流中截面，由于CCD相机每次拍摄的区域有限，通过平移CCD相机可以将多次拍摄的区域合成一个较大的区域。本技术的有益结果是：可以通过PIV实验全面地研究雷诺数、冲击角度、冲击距离及脉冲周期对流场中各种流动特征的影响规律。附图说明图1是本技术的主视方向结构示意图。图2是本技术的俯视方向结构示意图。图中：1角度盘、2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，包括角度盘（1）、圆形铜管（2）、壁面（3）、蓄水池（5）、磁力泵（6）、流量计（7）、闸阀（8）、脉冲发生器（9）、水槽（10）、联接软管（11）、计算机（12）、同步仪（13）、激光器（14）、片光源（15）及CCD相机（16）；所述水槽（10）为透明水槽，壁面（3）为透明壁面；所述角度盘（1）固定于支撑架上；所述圆形铜管（2）与角度盘（1）可拆卸式固定，且圆形铜管（2）在角度盘（1）上角度可调节；所述壁面（3）设置于水槽（10）内，蓄水池（5）依次经磁力泵（6）、流量计（7）、闸阀（8）、脉冲发生器（9）、联接软管（11）与圆形铜管（2）贯通连接，圆形铜管（2）一端与联接软管（11）贯通，另一端置于水槽（10）内的壁面（3）上方；蓄水池（5）内的水依次穿过磁力泵（6）、流量计（7）、闸阀（8）、脉冲发生器（9）、联接软管（11）、圆形铜管（2），并从圆形铜管（2）射出，冲击到壁面（3）上，形成整个冲击射流的流场；所述计算机（12）、同步仪（13）、激光器（14）、片光源（15）依次连接，计算机（12）、同步仪（13）、激光器（14）、片光源（15）与CCD相机（16）组成整个PIV拍摄系统；其中，计算机（12）控制激光器（14）发射激光，计算机（12）控制CCD相机（16）进行拍摄，而同步仪（13）同步激光器（14）的发射时间与CCD相机（16）的拍摄时间，激光器（14）发射的激光通过片光源（15）形成片光；所述片光源（15）置于水槽（10）的底部，片光源（15）可向上发射激光，激光穿过从圆形铜管（2）射出的射流中截面；CCD相机（16）置于水槽（10）的侧面，并平行于从圆形铜管（2）射出的射流中截面。...
【技术特征摘要】
1.一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，包括角度盘（1）、圆形铜管（2）、壁面（3）、蓄水池（5）、磁力泵（6）、流量计（7）、闸阀（8）、脉冲发生器（9）、水槽（10）、联接软管（11）、计算机（12）、同步仪（13）、激光器（14）、片光源（15）及CCD相机（16）；所述水槽（10）为透明水槽，壁面（3）为透明壁面；所述角度盘（1）固定于支撑架上；所述圆形铜管（2）与角度盘（1）可拆卸式固定，且圆形铜管（2）在角度盘（1）上角度可调节；所述壁面（3）设置于水槽（10）内，蓄水池（5）依次经磁力泵（6）、流量计（7）、闸阀（8）、脉冲发生器（9）、联接软管（11）与圆形铜管（2）贯通连接，圆形铜管（2）一端与联接软管（11）贯通，另一端置于水槽（10）内的壁面（3）上方；蓄水池（5）内的水依次穿过磁力泵（6）、流量计（7）、闸阀（8）、脉冲发生器（9）、联接软管（11）、圆形铜管（2），并从圆形铜管（2）射出，冲击到壁面（3）上，形成整个冲击射流的流场；所述计算机（12）、同步仪（13）、激光器（14）、片光源（15）依次连接，计算机（12）、同步仪（13）、激光器（14）、片光源（15）与CCD相机（16）组成整个PIV拍摄系统；其中，计算机（12）控制激光器（14）发射激光，计算机（12）控制CCD相机（16）进行拍摄，而同步仪（13）同步激光器（14）的发射时间与CCD相机（16）的拍摄时间，激光器（14）发射的激光通过片光源（15）形成片光；所述片光源（15）置于水槽（10）的底部，片光源（15）可向上发射激光，激光穿过从圆形铜管（2）射出的射流中截面；CCD相机（16）置于水槽（10）的侧面，并平行于从圆形铜管（2）射出的射流中截面。2....
【专利技术属性】
技术研发人员：王川，成立，焦伟轩，罗灿，张帝，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32
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