用于粒子图像测速的脉冲射流冲击旋转壁面的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术是用于粒子图像测速的脉冲射流冲击旋转壁面的实验装置，包括脉冲射流系统、旋转壁面系统和PIV测量系统；所述脉冲射流系统包括蓄水池、磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发射器、连接软管、圆形铜管；所述旋转壁面系统包括变频器、电机、轴、圆盘；所述PIV测量系统包括外方内圆水槽、片光源、激光器、CCD相机、同步仪、计算机，片光源、激光器、同步仪、CCD相机、计算机依次连接；本实用新型专利技术设计合理、操作方便，而且能够全面地研究不同雷诺数、冲击距离、壁面转速及脉冲周期对射流冲击旋转壁面流场中各流动特征的影响规律。

Experimental device of impulse jet impinging on rotating wall for particle image velocimetry

【技术实现步骤摘要】
用于粒子图像测速的脉冲射流冲击旋转壁面的实验装置
本技术涉及用于粒子图像测速的脉冲射流冲击旋转壁面的实验装置，主要用于脉冲射流冲击旋转壁面耦合流动的瞬时速度测量。
技术介绍
粒子图像测速（ParticleImageVelocimetry，以下简称PIV）是一种用多次摄像以记录流场中粒子的位置，并分析摄得的图像，从而测出流动速度的方法。其基本原理是在流场中布撒示踪粒子，并用脉冲激光片光源入射到所测流场区域中，通过连续两次或多次曝光，粒子的图像被记录在底片上或CCD相机上。采用光学杨氏条纹法、自相关法或互相关法，逐点处理PIV底片或CCD记录的图像，获得流场速度分布。射流冲击旋转壁面在航空电子冷却、化学气相沉积、玻璃退火、表面热处理等各种工业应用中具有重要的应用价值。除此之外，旋转机械是生活中最简单且应用广泛的结构，许多系统可近似看作射流冲击旋转壁面（例如射流式自吸泵等）。射流冲击是一种极其有效的强化局部传热或传质的方法，射流冲击的剪切效应和旋转壁面周围产生的轴对称壁射流的相互作用可产生非常复杂和剧烈的流动，能够显著改善传热过程，因此对具有射流冲击的旋转壁面进行研究具有重要的学术和工程应用价值。目前，现有的射流冲击旋转壁面实验装置具有以下特点：大部分试验装置采用热线热膜流速计（HWFA）和激光多普勒测速仪（LDV）计算粒子的运动速度，实现对流场的无接触测量。然而，这些方法都只是采用单点测量技术，难以实现对流场的全场、瞬态测量。少部分射流冲击旋转壁面PIV实验装置存在一定局限，无法系统地研究不同壁面转速、雷诺数、冲击距离对射流冲击旋转壁面耦合流动的影响。过去射流冲击旋转壁面PIV实验装置仅针对连续射流，没有考虑到引入脉冲特性。Y.minagawa等人的论文“Developmentofturbulentimpingingjetonarotatingdisk”（2004）、T.astarita等人的论文“Convectiveheattransferonarotatingdiskwithacentredimpingingroundjet”（2007）及S.Harmand等人的论文“Reviewoffluidflowandconvectiveheattransferwithinrotatingdiskcavitieswithimpingingjet”（2013）所运用的实验装置具备上述1，2，3特点；于洋磊等人的论文“射流冲击对旋转圆盘换热特性的影响”（2018）所运用的实验装置具备上述1，3特点；LiuYH等人的论文“Particleimagevelocimetrymeasurementofjetimpingementinacylindricalchamberwithaheatedrotatingdisk”（2013）所运用的实验装置具备上述2，3特点。经检索，目前还没有关于脉冲射流冲击旋转壁面PIV实验装置的专利。
技术实现思路
为了研究脉冲射流冲击旋转壁面的瞬态流动结构，本技术提供了一种用于粒子图像测速的脉冲射流冲击旋转壁面的实验装置，该技术可以全面地研究不同雷诺数、冲击距离、壁面转速及脉冲周期对流场中各种流动特征的影响规律。本技术的目的是这样实现的，用于粒子图像测速的脉冲射流冲击旋转壁面的实验装置，其特征是：包括脉冲射流系统、旋转壁面系统和PIV测量系统；所述脉冲射流系统包括蓄水池、磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发射器、连接软管、圆形铜管，蓄水池依次经磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发射器、连接软管与圆形铜管贯通连接；所述旋转壁面系统包括变频器、电机、轴、圆盘,变频器、电机固定于支撑架上，且变频器与电机电连接，所述轴的一端与电机的动力输出轴固定，另一端与圆盘固定；电机通过变频器连接到电源上，并通过轴与圆盘相连，电机动力输出轴的旋转带动轴的旋转，轴的旋转带动圆盘旋转，圆盘保持水平；所述PIV测量系统包括外方内圆水槽、片光源、激光器、CCD相机、同步仪、计算机，片光源、激光器、同步仪、CCD相机、计算机依次连接；所述外方内圆水槽与圆盘保持同心，外方内圆水槽包括圆形水槽及方形水槽，圆形水槽粘在方形水槽内部，圆形水槽的高度小于方形水槽的高度，圆形水槽、方形水槽均为透明状，所述方形水槽的上部设有溢水口，溢水口外接有溢水管，溢水管一端与溢水口贯通连接，另一端置于蓄水池上部；方形水槽与圆形水槽之间充满水；所述圆形铜管与外方内圆水槽相互固定，圆形铜管穿过外方内圆水槽底面，与外方内圆水槽同心，并相互固定，且圆形铜管竖直设置；圆形铜管一端与连接软管贯通，另一端伸于外方内圆水槽的圆形水槽内，所述圆盘置于外方内圆水槽的圆形水槽内，且位于圆形铜管上方；所述片光源设置于外方内圆水槽外的一侧，CCD相机设置于外方内圆水槽的另一侧；还设有架子，架子上设有底座，底座可沿架子上下滑动；所述圆形铜管、外方内圆水槽均置于架子上的底座上；所述底座的四角设有底座圆孔，架子上等距分布着大小和位置与底座的四角的底座圆孔相对应的架子圆孔；底座升降后，通过圆柱插销穿过架子上的架子圆孔和底座四角的底座圆孔，使底座固定于架子上，确定圆形铜管出口到圆盘壁面的不同冲击距离。所述架子上设有滑杆，底座上设有与滑杆相匹配的滑孔，滑孔套于滑杆上，底座沿滑杆上下滑动，带动底座沿架子上下滑动；所述架子圆孔设置于滑杆上。所述脉冲发射器用于形成不同频率的脉冲射流。所述外方内圆水槽的圆形水槽、方形水槽均采用有机玻璃制造，且方形水槽与圆形水槽之间充满水，可以有效减少激光折射带来的误差。所述外方内圆水槽上方形水槽的底部设有排水阀，排水阀的进水口与方形水槽内贯通，排水阀的出水口连接排水管，排水管一端与排水阀的出水口贯通连接，另一端置于蓄水池上部，打开排水阀，排水管与方形水槽贯通，方形水槽内的水可全部依次经排水阀、排水管流入蓄水池；关闭排水阀，水无法经排水阀、排水管流入蓄水池。用于粒子图像测速的脉冲射流冲击旋转壁面的实验装置进行测速的方法，其特征是：a、在蓄水池和外方内圆水槽里加满带有示踪粒子的水；b、启动磁力泵，蓄水池中的水由磁力泵提供动力流经流量计和闸阀，脉冲发生器将连续的射流转换为脉冲射流，途经连接软管，在竖直的圆形铜管中充分发展后射出；c、圆形铜管的水喷向圆盘，形成整个冲击射流的流场；d、片光源设置于外方内圆水槽外的一侧，CCD相机设置于外方内圆水槽的另一侧，激光通过片光源从外方内圆水槽一侧射入，射在整个冲击射流的中截面，CCD相机在垂直于中截面的外方内圆水槽的另一侧进行拍摄；e、CCD相机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；f、通过示踪粒子在两幅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；其中，经圆形铜管的水喷向圆盘时，水被圆盘阻挡落入外方内圆水槽的圆形水槽内，当圆形水槽内的水漫过圆形水槽时，漫过圆形水槽的水从圆形水槽内流入外方内圆水槽的方形水槽，当水在方形水槽内的高度达到溢水口的高度时，水从溢水口流入与溢水口贯通的溢水管，并从溢水管回流至溢水管下部的蓄水池。通过调节闸阀的开关程度，调节射流雷诺数；通过调整变频器输出的电压和频率，改变电机转速，从而调节圆盘转速；通过底座带动圆形铜管和外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于粒子图像测速的脉冲射流冲击旋转壁面的实验装置，其特征是：包括脉冲射流系统、旋转壁面系统和PIV测量系统；所述脉冲射流系统包括蓄水池（1）、磁力泵（2）、流量计（3）、闸阀（4）、脉冲发射器（5）、连接软管（6）、圆形铜管（7），蓄水池（1）依次经磁力泵（2）、流量计（3）、闸阀（4）、脉冲发射器（5）、连接软管（6）与圆形铜管（7）贯通连接；所述旋转壁面系统包括变频器（12）、电机（13）、轴（14）、圆盘（18）, 变频器（12）、电机（13）固定于支撑架上，且变频器（12）与电机（13）电连接，所述轴（14）的一端与电机（13）的动力输出轴固定，另一端与圆盘（18）固定；电机（13）通过变频器（12）连接到电源上，并通过轴（14）与圆盘（18）相连，电机（13）动力输出轴的旋转带动轴（14）的旋转，轴（14）的旋转带动圆盘（18）旋转，圆盘（18）保持水平；所述PIV测量系统包括外方内圆水槽（17）、片光源（8）、激光器（9）、CCD相机（19）、同步仪（10）、计算机（11），片光源（8）、激光器（9）、同步仪（10）、CCD相机（19）、计算机（11）依次连接；所述外方内圆水槽（17）与圆盘（18）保持同心，外方内圆水槽（17）包括圆形水槽及方形水槽，圆形水槽粘在方形水槽内部，圆形水槽的高度小于方形水槽的高度，圆形水槽、方形水槽均为透明状，所述方形水槽的上部设有溢水口（20），溢水口（20）外接有溢水管，溢水管一端与溢水口（20）贯通连接，另一端置于蓄水池（1）上部；所述圆形铜管（7）与外方内圆水槽（17）相互固定，圆形铜管（7）穿过外方内圆水槽（17）底面，与外方内圆水槽（17）同心，并相互固定，且圆形铜管（7）竖直设置；圆形铜管（7）一端与连接软管（6）贯通，另一端伸于外方内圆水槽（17）的圆形水槽内，所述圆盘（18）置于外方内圆水槽（17）的圆形水槽内，且位于圆形铜管（7）上方；所述片光源（8）设置于外方内圆水槽（17）外的一侧，CCD相机（19）设置于外方内圆水槽（17）的另一侧；还设有架子（16），架子（16）上设有底座（15），底座（15）可沿架子（16）上下滑动；所述圆形铜管（7）、外方内圆水槽（17）均置于架子（16）上的底座（15）上；所述底座（15）的四角设有底座圆孔，架子（16）上等距分布着大小和位置与底座（15）的四角的底座圆孔相对应的架子圆孔；底座（15）升降后，通过圆柱插销穿过架子（16）上的架子圆孔和底座（15）四角的底座圆孔，使底座（15）固定于架子（16）上，确定圆形铜管（7）出口到圆盘（18）壁面的不同冲击距离。...

【技术特征摘要】
1.用于粒子图像测速的脉冲射流冲击旋转壁面的实验装置，其特征是：包括脉冲射流系统、旋转壁面系统和PIV测量系统；所述脉冲射流系统包括蓄水池（1）、磁力泵（2）、流量计（3）、闸阀（4）、脉冲发射器（5）、连接软管（6）、圆形铜管（7），蓄水池（1）依次经磁力泵（2）、流量计（3）、闸阀（4）、脉冲发射器（5）、连接软管（6）与圆形铜管（7）贯通连接；所述旋转壁面系统包括变频器（12）、电机（13）、轴（14）、圆盘（18）,变频器（12）、电机（13）固定于支撑架上，且变频器（12）与电机（13）电连接，所述轴（14）的一端与电机（13）的动力输出轴固定，另一端与圆盘（18）固定；电机（13）通过变频器（12）连接到电源上，并通过轴（14）与圆盘（18）相连，电机（13）动力输出轴的旋转带动轴（14）的旋转，轴（14）的旋转带动圆盘（18）旋转，圆盘（18）保持水平；所述PIV测量系统包括外方内圆水槽（17）、片光源（8）、激光器（9）、CCD相机（19）、同步仪（10）、计算机（11），片光源（8）、激光器（9）、同步仪（10）、CCD相机（19）、计算机（11）依次连接；所述外方内圆水槽（17）与圆盘（18）保持同心，外方内圆水槽（17）包括圆形水槽及方形水槽，圆形水槽粘在方形水槽内部，圆形水槽的高度小于方形水槽的高度，圆形水槽、方形水槽均为透明状，所述方形水槽的上部设有溢水口（20），溢水口（20）外接有溢水管，溢水管一端与溢水口（20）贯通连接，另一端置于蓄水池（1）上部；所述圆形铜管（7）与外方内圆水槽（17）相互固定，圆形铜管（7）穿过外方内圆水槽（17）底面，与外方内圆水槽（17）同心，并相互固定，且圆形铜管（7）竖直设置；圆形铜管（7）一端与连接软管（6）贯通，另一端伸于外方内圆水槽（17）的圆形水槽内，所述圆盘（18）置于外方内圆水槽（17）的圆形水槽内，且位于圆形铜管（7）...

【专利技术属性】
技术研发人员：王川，张颖翀，成立，陈欣欣，罗灿，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32