本发明专利技术公开了一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，包括供水部、实验部和出口部；供水部包括恒压水箱，恒压水箱中设置竖直方向的溢流板，上方连接外部供水管道，恒压水箱左右侧壁底部分别开有出水口；实验部包括矩形管道，管道上壁面的中部留有涡旋发生体安装口和法兰结构凸台；涡旋发生体通过法兰结构凸台安装于矩形管道上部；涡旋发生体内部开有“L”形通孔，示踪剂沿通孔流入矩形管道内部；管道后端通过出口导管连接阀门后再连接到收集水箱；本发明专利技术可以通过3D打印做出不同截面形状的涡旋发生体，模拟不同工况下的钝体尾迹流，进而通过PET探测器实现不同来流速度及截面形状下的钝体尾迹流场流动状态的成像。的钝体尾迹流场流动状态的成像。的钝体尾迹流场流动状态的成像。
【技术实现步骤摘要】
一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置及使用方法
[0001]本专利技术涉及钝体尾迹流场检测
，主要涉及一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置及使用方法。
技术介绍
[0002]随着科学技术的发展，特别是高端制造业的迅速发展，对于检测技术也提出了越来越高的要求。许多应用领域需要对不透明密闭腔体及管道内的流体流动状态进行检测，以便及时发现那些在流固耦合过程中产生机械应力集中和机械疲劳风险较高的区域，从而对装置的寿命进行预测，并为装置内部结构改进和优化提供关键可靠的检测依据。而目前对于不透明密闭腔体及管道内部、一些高端复杂件内部流场状态的检测还没有一种很好的无损、无扰动的检测方法。应用较为广泛的光学检测方法如粒子图像测速技术等，对流场状态的检测均受到需要透明窗口等限制，无法实现真正意义上的对密闭腔体内部流场流动状态的无损检测，而正电子湮灭时产生的γ光子所具有的能量远高于可见光，具有较强的穿透性，利用该特点，可实现对不透明密闭腔体和管道内部及一些高端复杂件内部流场状态的检测。
[0003]流体绕过非流线形柱体广泛存在于能源动力系统的多个关键生产环节之中，如管式换热器中介质横掠受热管、热电偶测温时介质冲刷保护套管等。流体与柱体之间的相互作用极其复杂，其中涉及流动分离、旋涡脱落、升力振荡等非线性过程，因此，深入认识钝体绕流规律及其尾迹流场演化特性，不仅对流体力学研究具有重要的理论价值，而且对提高存在钝体绕流的工业设备安全性也具有实际意义。
[0004]传统基于光学的方法对钝体尾迹流动进行研究的实验装置往往放置在宽阔的室内，且为了便于研究人员进行观察，实验装置的体积都较为庞大，无法直接放置于PET探测器上。若要利用正电子湮灭技术实现密闭管道内部钝体尾迹流场的检测，则需要一种体积较为小巧，能够用于现有的PET探测器上，并能够产生足够稳定的钝体尾迹流场的实验装置。
技术实现思路
[0005]专利技术目的：针对上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置及使用方法，该装置具有体积小、操作简便和结构模块化的特点，使用时可结合PET探测器实现不同来流速度及截面形状下的钝体尾迹流场流动状态的成像。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，包括供水部、实验部和出口部；
[0008]所述供水部包括恒压水箱，恒压水箱中设置竖直方向的溢流板，上方连接外部供水管道，将外部水流输入至溢流板与恒压水箱侧壁之间，恒压水箱左右侧壁底部分别开有出水口；
[0009]所述实验部包括横向设置的矩形管道，管道进口端通过入口导管连接恒压水箱右
侧壁出水口，出口端与出口部的阀门连接；所述矩形管道中段上壁面开有涡旋发生体安装口；所述涡旋发生体安装口上部设置有法兰结构凸台；所述法兰凸台中部为贯通的圆柱孔；通过法兰连接固定于矩形管道上；所述涡旋发生体截面为外径依次缩小的三级台阶柱体；上段为圆盘形法兰片，中段为圆柱底座，底端为柱形钝体；所述涡旋发生体通过圆柱底座与法兰结构凸台内径配合固定安装；所述法兰片沿轴线开有柱状通孔，圆柱底座上端面与柱状通孔同轴设置有细通孔，延伸至柱形钝体；所述细通孔截面为“L”形，柱形钝体侧壁开有对应的末端开口；示踪剂容器通过示踪剂注入管连接至法兰片轴线通孔，将示踪剂输入至柱形钝体的末端开口，进而流入矩形管道内；
[0010]所述矩形管道的出口端通过阀门连接出口导管，排出的液体沿出口导管流入收集箱内。
[0011]进一步地，还包括储水箱，储水箱内部设置有可调功率水泵，可调功率水泵与外部供水管道相连；恒压水箱左侧出水口将多余液体排入储水箱内。
[0012]进一步地，所述恒压水箱右侧出水口连接有涡流流量计，所述涡轮流量计通过入口导管与矩形管道进口端连接。
[0013]进一步地，所述矩形管道进口端固定有整流海绵。
[0014]进一步地，所述示踪剂注入管上设有流量阻尼器。
[0015]进一步地，所述法兰片沿圆周方向均匀开设有4个用于旋转法兰的圆弧形沟槽，每个圆弧形沟槽两侧圆心与法兰圆心连线的夹角均为40
°
；柱形钝体采用圆柱形钝体。
[0016]进一步地，所述示踪剂容器中采用
18
F溶液和墨水的混合溶液作为示踪剂，且示踪剂的正电子核素浓度为5
‑
20mci/L。
[0017]进一步地，所述恒压水箱的左右两侧出水口、矩形管道的进口端和出口端均设置有不锈钢内螺纹接口；入口导管、出口导管分别通过外螺纹转宝塔接头与内螺纹接口配合连接。
[0018]进一步地，所述涡旋发生体采用树脂材料通过3D打印制作而成。
[0019]一种采用上述钝体尾迹流场发生装置的使用方法，包括以下步骤：
[0020]步骤S1、关闭阀门，打开示踪剂注入管上的流量阻尼器，在示踪剂容器内的示踪剂溶液滴入矩形管道内后，关闭流量阻尼器，排尽示踪剂注入管内的气泡；
[0021]步骤S2、打开可调功率水泵，将储水箱内的水通过外部供水管道注入到恒压水箱内；待水位逐渐升高，依次没过矩形管道和恒压水箱内的溢流板后，通过恒压水箱左侧出口重新回流至储水箱内；此时恒压水箱处于微溢流状态，恒压水箱内的液面高度保持和溢流板高度平齐，因此矩形管道入口处压强同样恒定；
[0022]步骤S3、打开阀门后再迅速关闭，重复操作4～5次，排除贴附在矩形管道上侧壁面的气泡；
[0023]步骤S4、排除矩形管道内的气泡后，打开并调节阀门，使矩形管道内的液体流速稳定在3cm/s，通过整流海绵使管道内的水流在垂直于流动的方向更加均匀，形成稳定的层流；层流液体对涡旋发生体中伸入矩形管道内的柱形钝体形成绕流，在柱形钝体下游形成钝体尾迹流场；
[0024]步骤S5、打开流量阻尼器，使示踪剂通过涡旋发生体内留有的通孔注入到主体管道内的，并绕过柱体流入尾迹流场中；示踪剂随着尾迹流场流动并反映尾迹流场的流动状
态，在矩形管道的出口处扩散消失，沿出口导管流出矩形管道，通过收集箱进行收集；
[0025]步骤S6、在形成稳定的尾迹流场后，开启PET探测器的扫描模式开始对示踪剂湮灭时产生的γ光子进行采集，在获得γ光子的数据后，将此数据用于PET动态图像重建算法的研究和对钝体尾迹流场的成像与分析。
[0026]有益效果：
[0027](1)本专利技术针对传统的用于光学研究的尾迹流场发生装置不能直接用于PET探测器的问题，设计了一种体积较小的尾迹流场发生装置，该装置可以放置于PET探测器上，矩形管道可以伸进PET探测环中，尾迹流场处于PET探测器的有效视野范围内，为使用PET探测器对钝体尾迹流场进行检测与成像的相关研究工作提供了实验基础。
[0028](2)本专利技术在各个组件之间实现了模块化连接方式，恒压水箱和主体管道的入口和出口均留有内螺纹接口，可以通过外螺纹转接件连接不同口径的导管、阀门以及不同量程的流本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，包括供水部、实验部和出口部；所述供水部包括恒压水箱，恒压水箱中设置竖直方向的溢流板，上方连接外部供水管道，将外部水流输入至溢流板与恒压水箱侧壁之间，恒压水箱左右侧壁底部分别开有出水口；所述实验部包括横向设置的矩形管道，管道进口端通过入口导管连接恒压水箱右侧壁出水口，出口端与出口部的阀门连接；所述矩形管道中段上壁面开有涡旋发生体安装口；所述涡旋发生体安装口上部设置有法兰结构凸台；所述法兰凸台中部为贯通的圆柱孔；涡旋发生体通过法兰连接固定于矩形管道上；所述涡旋发生体截面为外径依次缩小的三级台阶柱体；上段为圆盘形法兰片，中段为圆柱底座，底端为柱形钝体；所述涡旋发生体通过圆柱底座与法兰结构凸台内径配合固定安装；所述法兰片沿轴线开有柱状通孔，圆柱底座上端面与柱状通孔同轴设置有细通孔，延伸至柱形钝体；所述细通孔截面为“L”形，柱形钝体侧壁开有对应的末端开口；示踪剂容器通过示踪剂注入管连接至法兰片轴线通孔，将示踪剂输入至柱形钝体的末端开口，进而流入矩形管道内；所述矩形管道的出口端通过阀门连接出口导管，排出的液体沿出口导管流入收集箱内。2.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，还包括储水箱，储水箱内部设置有可调功率水泵，可调功率水泵与外部供水管道相连；恒压水箱左侧出水口将多余液体排入储水箱内。3.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，所述恒压水箱右侧出水口连接有涡流流量计，所述涡轮流量计通过入口导管与矩形管道进口端连接。4.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，所述矩形管道进口端固定有整流海绵。5.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，所述示踪剂注入管上设有流量阻尼器。6.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器的钝体尾迹流场发生装置，其特征在于，所述法兰片沿圆周方向均匀开设有4个用于旋转法兰的圆弧形沟槽，每个圆弧形沟槽两侧圆心与法兰圆心连线的夹角均为40
°
；所述柱形钝体采用圆柱形钝体。7.根据权利要求1所述的一种用于PET探测器...
【专利技术属性】
技术研发人员：方睿琦，郭瑞鹏，赵敏，姚敏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。