本发明专利技术提供一种多工况流体空化产生和观测装置，空化产生(形成空泡)的形式多样，且能够进行不同形式空泡的观测能够实现全方位多角度观测空化。该装置采用了多种空化发生装置，首先，可以通过真空泵抽气降低整个储液箱的压强，从而降低液体压力到饱和蒸气压形成的空化；其次，可以由螺旋桨高速旋转产生空泡，而且无极调速电机可更方便的控制螺旋桨的转速；最后，也可以由空泡植入装置可控的产生单个空泡或多个空泡，且气泡植入速率和气泡体积大小均可调可控。通过高速旋转的叶片可实现多工况下空化的发生与观测，且旋转叶片可更换为其他叶片或结构，满足多种试验需求。独立调节的空泡发生装置可实现液体中的单空泡和空泡群的动力学观测。动力学观测。动力学观测。
【技术实现步骤摘要】
一种多工况流体空化产生和观测装置
[0001]本专利技术涉及一种空化产生及观测装置，具体涉及一种多工况流体空化产生和观测装置，属于流体力学、空化和试验观测
技术介绍
[0002]从19世纪后半叶在螺旋桨叶片上发现空化(Cavitation)现象以来，国际学者对流体机械的空化现象开展了长期且深入的研究，且涉及领域也越发广泛，除传统水力机械领域的空化外，空化在其他液体机械和旋转机械领域的研究也得到了空前的发展。
[0003]空化是当液体局部压力低于一定阈值时在液体中产生气泡的现象，其为典型的两相瞬态流动，主要与温度、压力以及流速有关，普遍存在于流体机械中。水介质在相变蒸气压(3000Pa)附近会发生剧烈的相变过程，而不同液体(如油液)因自身属性特点，其相变压力很低，且不同于水介质的蒸汽型空化，液体空化现象是由溶入其中的微小气核发展而来，而液体本身发生相变而产生蒸汽是相对困难的。液体中的气核主要有两种存在形式，悬浮于液体之中和吸附于物体壁面，当液体环境改变(如温度升高、压力降低或者达到其他空化初生条件等)时，气核所处的平衡环境被打破就会长成肉眼可见的气泡，形成空化现象。空化导致机械性能恶化、噪音、振动甚至气蚀失效。
[0004]不同液体的空化因流体物理属性的不同，其空化初生条件、演变机理、空泡形态和破坏程度等也不尽相同，为了更加深入的研究不同液体的空化现象，我们首先需要对不同液体的空化初生条件进行测量和分析，以得到基本的不同液体空化数据，用于支撑后续的研究。这对于高压高速、高功重比、高可靠性和高寿命流体机械的设计研发具有重要的理论意义和工程价值。
[0005]液体空化研究在国内外已取得了初步成果，但是由于流体机械尤其是旋转机械，大都结构复杂多变，内部空化流动不易观测。由于实际中的空泡运动过程极其复杂，液体空化发生条件受到环境的影响很大，到目前为止对液体空化发生条件和数据获取仍未有行之有效的测量手段。实验测试作为研究液体空化的主要研究手段，能够直接有效的判别空化发生条件和空化程度，且可以揭示液体在不同环境状态下的空化情况。而采用完全可视化的实验条件能够充分地展现全充液下的空泡初生及溃灭的全过程，则是实验研究结果准确可靠的必要保证。
[0006]目前国内外鲜有对液体空化产生和观测装置，且现有的空化测量装置大多专注于不同流场下空化特性研究，其流体介质基本为水，对多种类液体发生空化的条件等缺乏关注，且没有基本数据支撑，无法开展对不同液体空化的深入研究。
[0007]在专利CN201610495914
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一种压力和温度可调的汽化泡试验装置中，采用了在试验罐上开窗，将试验罐放在真空罐中，真空泵将真空罐抽成真空，使试验罐处在真空外部环境中起到隔热作用。试验罐中储存液体，可以控制试验罐内部的压力和温度，通过真空泵抽取试验罐内气体降低内部气压，通过高压氦气瓶的开关向试验罐内部通高压氦气使试验罐内部气压升高，通过试验罐内部的电加热管对液体加热，通过真空泵抽气，让试验罐内液体
气化吸热来降低温度。通过两根靠近的铜丝，触发电火花，电火花周围液体快速加热形成空泡，通过观察窗观察空泡的形成和溃灭。
[0008]现有空化测量装置具有以下缺陷：
[0009](1)大多可视化程度不够，观测角度单一。此外，空化发生和观测的装置多为圆柱型，会产生视觉上观测误差。
[0010](2)温度控制缓慢而且容易形成温度分布不均匀，在接触热源的地方温度高，远离热源的地方温度低，采用油浴和水浴装置会导致观测视线受阻。
[0011](3)结构复杂，拆装不方便同时更换液体也不方便，当需要更换液体时残留液体难以清理，整体结构比较复杂，零件不易更换，拓展性不强。
[0012](4)空化产生(形成空泡)的形式单一。
[0013](5)压力调节大多只能调负压，不能实现正压和负压可调可控。
技术实现思路
[0014]有鉴于此，本专利技术提供一种多工况流体空化产生和观测装置，空化产生(形成空泡)的形式多样，且能够进行不同形式空泡的观测能够实现全方位多角度观测空化。
[0015]本专利技术的技术方案为：一种多工况流体空化产生和观测装置，包括：用于存储被试流体的全透明耐高温钢化玻璃材质的可视化储液单元；
[0016]用于控制可视化储液单元内压力，使可视化储液单元内的流体发生空化现象的压力控制单元；
[0017]用于调控可视化储液单元内流体温度的温度控制单元；
[0018]用于监测可视化储液单元内流体的压力、气体含量以及温度的传感单元；
[0019]用于观测可视化储液单元中的流体是否发生空化以及对空化过程进行记录的观测单元；
[0020]用于对传感单元的监测数据和观测单元的记录数据进行同步采集的测控单元；
[0021]用于在可视化储液单元中产生空泡的空化发生单元；所述空化发生单元包括螺旋桨机构和空泡植入装置。
[0022]优选的，所述多工况流体空化产生和观测装置同时采用下述一种以上方式在可视化储液单元内产生空泡：
[0023]启动压力控制单元，改变所述可视化储液单元中的压力，使所述可视化储液单元中的流体达到初生空化压力，产生空泡；
[0024]启动空化发生单元中的螺旋桨机构，使所述可视化储液单元内产生空泡；
[0025]启动空化发生单元中的空泡植入装置，向所述可视化储液单元内植入单空泡或空泡群。
[0026]优选的，在所述可视化储液单元产生空泡之前，通过所述压力控制单元控制速搜可视化储液单元中的压力相对大气压呈负压或者正压。
[0027]优选的，所述温度控制单元包括：流体循环管路、温控箱以及设置在流体循环管路上的循环泵；
[0028]所述流体循环管路包括分别设置有阀门的进液管和回液管，所述进液管和回液管一端分别与可视化储液单元相连，另一端分别与温控箱相连；
[0029]需要改变所述可视化储液单元内流体温度时，打开所述进液管和回液管上的阀门，通过温控箱设置温度，打开循环泵使流体在所述可视化储液单元与所述温控箱之间循环的同时加热或降温。
[0030]优选的，所述可视化储液单元包括：可拆卸式储液箱；所述可拆卸式储液箱包括：储液箱箱体、储液箱端盖和储液箱侧盖；
[0031]所述储液箱箱体为顶部和一侧面开口的矩形结构，其侧面开口通过所述储液箱侧盖密封，所述储液箱侧盖与所述储液箱箱体可拆卸式连接；顶部开口通过所述储液箱端盖密封；
[0032]所述储液箱箱体、储液箱端盖以及储液箱侧盖上均预设一个以上螺纹孔用于安装传感器单元以及连接压力控制单元、温度控制单元和空化发生单元。
[0033]优选的，所述传感单元包括：压力传感器、温度传感器和气体含量传感器；
[0034]所述压力传感器用于测量所述可视化储液单元内部压力；
[0035]所述温度传感器用于测量所述可视化储液单元内部流体的温度；
[0036]所述气体含量传感器用于测量所述可视化储液单元内流本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多工况流体空化产生和观测装置，其特征在于，包括：用于存储被试流体的全透明耐高温钢化玻璃材质的可视化储液单元(1)；用于控制可视化储液单元(1)内压力，使可视化储液单元(1)内的流体发生空化现象的压力控制单元(2)；用于调控可视化储液单元(1)内流体温度的温度控制单元(3)；用于监测可视化储液单元(1)内流体的压力、气体含量以及温度的传感单元(4)；用于观测可视化储液单元(1)中的流体是否发生空化以及对空化过程进行记录的观测单元(5)；用于对传感单元(4)的监测数据和观测单元(5)的记录数据进行同步采集的测控单元(6)；用于在可视化储液单元(1)中产生空泡的空化发生单元(7)；所述空化发生单元(7)包括螺旋桨机构和空泡植入装置。2.如权利要求1所述的多工况流体空化产生和观测装置，其特征在于，所述多工况流体空化产生和观测装置同时采用下述一种以上方式在可视化储液单元(1)内产生空泡：启动压力控制单元(2)，改变所述可视化储液单元(1)中的压力，使所述可视化储液单元(1)中的流体达到初生空化压力，产生空泡；启动空化发生单元(7)中的螺旋桨机构，使所述可视化储液单元(1)内产生空泡；启动空化发生单元(7)中的空泡植入装置，向所述可视化储液单元(1)内植入单空泡或空泡群。3.如权利要求1或2所述的多工况流体空化产生和观测装置，其特征在于，在所述可视化储液单元(1)产生空泡之前，通过所述压力控制单元(2)控制速搜可视化储液单元(1)中的压力相对大气压呈负压或者正压。4.如权利要求1所述的多工况流体空化产生和观测装置，其特征在于，所述温度控制单元(3)包括：流体循环管路(3.1)、温控箱(3.2)以及设置在流体循环管路(3.1)上的循环泵(3.4)；所述流体循环管路(3.1)包括分别设置有阀门的进液管和回液管，所述进液管和回液管一端分别与可视化储液单元(1)相连，另一端分别与温控箱(3.2)相连；需要改变所述可视化储液单元(1)内流体温度时，打开所述进液管和回液管上的阀门，通过温控箱(3.2)设置温度，打开循环泵(3.4)使流体在所述可视化储液单元(1)与所述温控箱(3.2)之间循环的同时加热或降温。5.如权利要求1所述的多工况流体空化产生和观测装置，其特征在于，所述可视化储液单元(1)包括：可拆卸式储液箱；所述可拆卸式储液箱包括：储液箱箱体(1.1)、储液箱端盖(1.2)和储液箱侧盖(1.3)；所述储液箱箱体(1.1)为顶部和一侧面开口的矩形结构，其侧面开口通过所述储液箱侧盖(1.3)密封，所述储液箱侧盖(1.3)与所述储液箱箱体(1.1)可拆卸式连接；顶部开口通过所述储液箱端盖(1.2)密封；所述储液箱箱体(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘城，郭猛，金宸，刘世琦，闫清东，魏巍，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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