基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置及实验方法。流动测量实验装置包括主回路管路、旁路管路和核磁共振成像系统，其中，在主回路管路上设置有相互连通的第一储液箱和测试段，测试段放置于核磁共振成像系统中，测试段中设置有复杂结构安装位，复杂结构安装位位于在核磁共振成像系统的扫描区中；旁路管路连接在第一储液箱和复杂结构安装位之间。该实验装置采用核磁共振成像系统对测试段扫描，可以测量具有复杂几何边界的复杂结构中的三维全场速度，对复杂结构的壁面透光性无要求，而且测量速度快，空间分辨率高，适用性广；同时，无需在流场中额外分布粒子，避免了粒子对复杂结构的流场产生影响，提高了测量的准确率。

Experimental device and method of flow measurement based on MRI system

The invention relates to a flow measurement experimental device and an experimental method based on an MRI system. The flow measurement experimental device includes the main loop pipeline, bypass pipeline and MRI system. The main loop pipeline is provided with the first liquid storage tank and test section which are connected with each other. The test section is placed in the MRI system. The test section is provided with the complex structure installation position, and the complex structure installation position is located in the scanning area of the MRI system; the bypass pipe The circuit is connected between the first liquid storage tank and the installation position of the complex structure. The experimental device uses MRI system to scan the test section, which can measure the three-dimensional full field velocity in the complex structure with complex geometric boundary. It has no requirement for the wall transparency of the complex structure, and the measurement speed is fast, the spatial resolution is high, and the applicability is wide. At the same time, there is no need to distribute additional particles in the flow field to avoid the influence of particles on the flow field of the complex structure The accuracy of measurement is improved.

【技术实现步骤摘要】
基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置及实验方法
本专利技术属于速度测量
，具体涉及一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置及实验方法。
技术介绍
精细化流场测量，特别是小型复杂结构内部的三维流场测量是国内外实验流体力学领域的难点。工业应用中，多种设备均存在至关重要的内部流动结构。例如，航空发动机和地面燃气轮机涡轮叶片内部及其表面包含复杂的冷却通道。由于目前涡轮前燃气温度已远远高于叶片材料的耐热极限，复杂精细的叶片冷却系统是提高涡轮前燃气温度、延长叶片寿命的关键核心技术。涡轮叶片内部结构极其复杂，叶片中弦区通常用多流程的肋化冷却通道冷却、前缘内部由冷却气冲击冷却、尾缘内部采用肋柱冷却通道冷却，同时冷却气由叶片表面气膜孔喷出，在叶片外表面形成冷却气膜，降低叶片外表面的热负荷，防止叶片部件的高温烧蚀。叶片冷却系统设计希望在冷却气流量低、压降低的条件下实现传热效率高、叶片表面温度分布均匀。而冷却系统流动结构(即速度场分布)直接决定了叶片的冷却效率，因此对叶片冷却系统流动的三维全场精细化速度测量为改善部件内流动结构设计、优化传热与冷却效率提供理论基础和测试验证方法，是提高航机和燃机部件效率和整机性能的重要依据。目前常用的速度测量方法包括激光多普勒测速技术、激光粒子成像技术等。激光多普勒测速技术(LDV)是一种基于运动粒子对入射光的多普勒效应的非接触式速度测量方法，其原理为在流场中分布粒子，激光照射粒子后粒子对其散射，散射光频率与入射光频率不同，二者的频率差与粒子运动速度成正比，从而得出粒子运动速度。激光多普勒测速技术的实现需要特定频率/波长的激光源、光信号收集器、信号处理器、透光性强且透光均匀的实验台等设备。其复杂的光学系统仅适用于模型透光性强、几何边界简单的流动，对于复杂结构的内部流动，由于其设备壁面透光性减弱而难以适用；而且在流场中分布粒子，可能对流场产生一定影响；另外，激光多普勒测速技术是单次单点测量技术，对整场速度测量耗时较长而且空间分辨率有限。激光粒子成像测速技术(PIV)是一种基于粒子成像的非接触式速度测量方法。其原理为：在流场中分布粒子，然后采用激光照射粒子，在相邻极短时间内拍摄粒子图像，根据相邻时刻粒子位移计算粒子所在位置流场速度。和激光多普勒测速技术类似，激光粒子成像测速技术需要复杂的激光与相机等光学系统，对设备的透光性要求较高，不适用于几何结构复杂的模型内流场测量；而且需要在流场中分布粒子，可能对流场产生一定影响；另外，该技术局限于局部区域，单次只能测量某平面内二维速度分布，空间三维速度测量需要复杂的三维体式PIV系统，三维全场速度测量耗时较长。因此，现有的常规测量方法不仅测量耗时较长，而且由于复杂结构几何边界的复杂性以及材料的较差的透光性，无法适用于复杂结构内部流动的三维速度场测量。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置及实验方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置，包括主回路管路、旁路管路和核磁共振成像系统，其中，在所述主回路管路上设置有相互连通的第一储液箱和测试段，所述测试段放置于所述核磁共振成像系统中，所述测试段中设置有复杂结构安装位，所述复杂结构安装位位于所述核磁共振成像系统的扫描区中；所述旁路管路连接在所述第一储液箱和所述复杂结构安装位之间；所述主回路管路用于向所述复杂结构安装位安装的复杂结构提供外部扰流流场；所述旁路管路用于在所述复杂结构的内部产生三维流场；所述核磁共振成像系统用于对所述扫描区施加射频激励磁场并且记录所述扫描区的核磁共振信号以得到所述复杂结构的三维全场速度。在本专利技术的一个实施例中，所述测试段包括依次连接的入口段、扩张段、第一收缩段、发展段、实验段、第二收缩段和出口段；其中，在沿所述入口段至所述出口段的方向上，所述扩张段的直径逐渐增大，所述第一收缩段的直径逐渐减小，所述发展段和所述实验段的直径均保持不变；所述复杂结构安装位设置在所述实验段的底部，用于使所述复杂结构从所述复杂结构安装位嵌入所述实验段中以将所述主回路管路和旁路管路连通。在本专利技术的一个实施例中，所述测试段还包括流储舱，所述流储舱安装在所述实验段的底部且所述流储舱的顶部设置有所述复杂结构安装位；所述旁路管路连接在所述第一储液箱和所述流储舱之间。在本专利技术的一个实施例中，所述主回路管路上还设置有第一机械泵、第一阀门和第二阀门，其中，所述第一机械泵设置在所述第一储液箱和所述入口段之间；所述第一阀门设置在所述第一机械泵和所述入口段之间；所述第二阀门设置在所述第一储液箱和所述出口段之间。在本专利技术的一个实施例中，所述旁路管路上依次设置有相互连通的第三阀门、第二储液箱、第二机械泵和第四阀门，且所述第三阀门位于所述旁路管路上靠近所述第一储液箱的一端。在本专利技术的一个实施例中，所述第一阀门和所述测试段之间还设置有第一流量计，所述第四阀门和所述测试段之间还设置有第二流量计。本专利技术的另一个实施例提供的一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验方法，所述实验方法应用于本专利技术实施例提供的流动测量实验装置，所述实验方法包括步骤：将复杂结构安装在实验段的复杂结构安装位中；使测试段充满静止状态的液体，利用核磁共振成像系统对扫描区施加射频激励磁场，并记录第一核磁共振信号，根据所述第一核磁共振信号得到所述复杂结构的每个位置处的第一相位Φ0；使所述主回路管路和所述旁路管路中的液体流动，利用核磁共振成像系统对所述扫描区施加所述射频激励磁场，并记录第二核磁共振信号，根据所述第二核磁共振信号得到所述复杂结构的每个位置处的第二相位Φ；根据所述第一相位Φ0和所述第二相位Φ计算得到所述复杂结构的三维全场速度。在本专利技术的一个实施例中，所述复杂结构包括带有复杂内部冷却通道与气膜冷却结构的航空发动机涡轮叶片。在本专利技术的一个实施例中，所述主回路管路中的液体为常温水，所述旁路管路中的液体为冷却水。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的流动测量实验装置中采用核磁共振成像系统对测试段的扫描，可以测量具有复杂几何边界的复杂结构的三维全场速度，对复杂结构的壁面透光性无要求，而且测量速度快，空间分辨率高，适用性广；同时，采用核磁共振成像系统测速为非接触式测量方法，无需在流场中额外分布粒子，避免了粒子对复杂结构的流场产生影响，提高了测量的准确率。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的另一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置的结构示意图；图3为现有技术提供的一种涡轮叶片气膜冷却与内部冷却的系统结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验方法的流程示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一医学核磁共振成像根据不同组织结构内H原子浓度等性质不同引起的MR信号强度、相位等的差异来区分组织结构，产生对比度图片，以检测器官内部组织与结构。经研究发现，MR信号的相位还与原子运动速度有关，因此，可以将核磁共振成像技术应用于流场速度测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置，其特征在于，包括主回路管路、旁路管路和核磁共振成像系统；其中，在所述主回路管路上设置有相互连通的第一储液箱(1)和测试段(4)，所述测试段(4)放置于所述核磁共振成像系统中，所述测试段(4)中设置有复杂结构安装位(10)，所述复杂结构安装位(10)位于所述核磁共振成像系统的扫描区中；所述旁路管路连接在所述第一储液箱(1)和所述复杂结构安装位(10)之间；所述主回路管路用于向所述复杂结构安装位(10)安装的复杂结构提供外部扰流流场；所述旁路管路用于在所述复杂结构的内部产生三维流场；所述核磁共振成像系统用于对所述扫描区提供磁场环境、施加射频激励磁场并且记录所述扫描区的核磁共振信号以得到所述复杂结构的三维全场速度。

【技术特征摘要】
1.一种基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置，其特征在于，包括主回路管路、旁路管路和核磁共振成像系统；其中，在所述主回路管路上设置有相互连通的第一储液箱(1)和测试段(4)，所述测试段(4)放置于所述核磁共振成像系统中，所述测试段(4)中设置有复杂结构安装位(10)，所述复杂结构安装位(10)位于所述核磁共振成像系统的扫描区中；所述旁路管路连接在所述第一储液箱(1)和所述复杂结构安装位(10)之间；所述主回路管路用于向所述复杂结构安装位(10)安装的复杂结构提供外部扰流流场；所述旁路管路用于在所述复杂结构的内部产生三维流场；所述核磁共振成像系统用于对所述扫描区提供磁场环境、施加射频激励磁场并且记录所述扫描区的核磁共振信号以得到所述复杂结构的三维全场速度。2.如权利要求1所述的基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置，其特征在于，所述测试段(4)包括依次连接的入口段(41)、扩张段(42)、第一收缩段(43)、发展段(44)、实验段(45)、第二收缩段(46)和出口段(47)；其中，在沿所述入口段(41)至所述出口段(47)的方向上，所述扩张段(42)的直径逐渐增大，所述第一收缩段(43)的直径逐渐减小，所述发展段(44)和所述实验段(45)的直径均保持不变；所述复杂结构安装位(10)设置在所述实验段(45)的底部，用于使所述复杂结构从所述复杂结构安装位(10)嵌入所述实验段(45)中以将所述主回路管路和旁路管路连通。3.如权利要求2所述的基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置，其特征在于，所述测试段(4)还包括流储舱(48)，所述流储舱(48)安装在所述实验段(45)的底部且所述流储舱(48)的顶部设置有所述复杂结构安装位(10)；所述旁路管路连接在所述第一储液箱(1)和所述流储舱(48)之间。4.如权利要求2所述的基于核磁共振成像系统的流动测量实验装置，其特征在于，所述主回路管路上还设置有第一机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：张科，雷蒋，武俊梅，王胜昱，激扬，马璇，张双红，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61