本发明专利技术公开的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置及方法，包括搅拌水箱，搅拌水箱的顶部向上连通有透明水箱，搅拌水箱内设置有泥沙循环泵，泥沙循环泵通过向上伸出于搅拌水箱的管道连通有底端开孔且伸入透明水箱顶部的空化发生器，空化发生器的下方设置有架设于透明水箱内的试件安装夹具，透明水箱的外侧设置有PIV拍摄装置、高速相机拍摄装置及拍摄辅助设备，三者共同电连接有同步器和计算机。本发明专利技术通过一台实验设备进行多角度空蚀、冲蚀、磨损和磨蚀实验，更好将四种水力机械破坏进行对比分析，同时通过高速相机与PIV技术分析进行动态捕捉，分析不同水利条件对不同损伤过程及微观发展机理的影响。损伤过程及微观发展机理的影响。损伤过程及微观发展机理的影响。
【技术实现步骤摘要】
基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置及方法
[0001]本专利技术属于空化空蚀可视化研究
，具体涉及一种基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置。本专利技术还涉及一种基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试方法。
技术介绍
[0002]随着可再生清洁能源的快速发展和水资源的转变，目前正在规划或在建的新建水电站和引水项目，其中大部分位于含沙的河流中。流体机械在含沙水流中主要受到空蚀和磨损两种损伤，其中空蚀是流体在高速流动和压力变化条件下，与流体接触的金属表面上发生洞穴状腐蚀破坏的现象；磨损是含沙水流冲击流体机械是对流体机械表面产生冲击、摩擦及碰撞等损伤，相关研究表明在空蚀和磨损联合损伤作用远高于两者的叠加效果。空蚀和泥沙侵蚀的协同作用不仅降低了流体机械的效率和寿命，而且增加了运行和维护成本。其中空化空蚀现象是提升流体机械运行功率、稳定性和使用寿命的一大阻碍。
[0003]随着现代水力机械向大规模、大容量、高速、高性能方向的发展，空化和泥沙侵蚀的协同效应正成为一个严重的问题，由于缺乏磨蚀过程损伤机制准确预测，严重限制了水力机械在泥沙条件下的可靠性、稳定性和安全运行。
[0004]国内外学者对泥沙磨蚀采用圆盘磨蚀实验和超声真空实验两种方法，通过扫描电镜法对磨蚀的机理进行了分析，初步揭示了磨蚀产生的原因，然而由于缺乏定量分析技术，磨蚀中磨损和空蚀造成损失的特征和占比仍然存在争议，未获得损伤过程关键信息，磨蚀的机理还不明确。超声空化作为主要的空蚀研究方法，有学者在空化反应容器中加入了一定体积浓度的泥沙进行空蚀和磨损联合损伤分析，泥沙通过反映容器内的搅拌器旋转搅拌下流动至试样表面位置，但工程实际应用上空蚀泥沙联合作用位置泥沙颗粒多与空化气泡射流方向一致，此类实验研究不能准确反映空蚀磨损联合机制。现有磨蚀实验台功能单一，不能在同一台磨蚀实验装置上进行空蚀、磨损、磨蚀多功能综合测试。现今亟需一种高精可靠的实验装置研究泥沙条件下空蚀和磨损联合作用机制的实验研究。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置，解决了现有磨蚀实验装置不能准确反映磨蚀联合作用机理的问题。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试方法。
[0007]本专利技术所采用的第一种技术方案是：基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置，包括搅拌水箱，搅拌水箱的顶部向上连通有透明水箱，搅拌水箱内设置有泥沙循环泵，泥沙循环泵通过向上伸出于搅拌水箱的管道连通有底端开孔且伸入透明水箱顶部的空化发生器，空化发生器的下方设置有架设于透明水箱内的试件安装夹具，透明水箱的外侧设置有PIV拍摄装置、高速相机拍摄装置及拍摄辅助设备，PIV拍摄装置、高速相机拍摄装置
及拍摄辅助设备共同电连接有同步器和计算机。
[0008]本专利技术第一种技术方案的特点还在于，
[0009]透明水箱的长度方向沿纵向设置，上部为长方体，下部相对的两侧沿宽度方向向内收缩成方锥体。
[0010]试件安装夹具包括倒立的门形固定架，固定架的顶端两侧外均沿纵向设置有滑槽，滑槽内配合设置有滑块，滑块外侧固定连接有一端经透明水箱顶端上方向外伸出的调节螺杆，调节螺杆上穿过有底端一侧抵至透明水箱顶端外壁的夹板，调节螺杆上远离滑块的一端配合连接有调节螺母，固定架的底端上并列固定有一对用以夹持试件的拉紧板。
[0011]拉紧板为直角梯形，拉紧板上以其非直角顶点为圆心开设有同心的两个弧形孔，两个弧形孔外侧沿与其同心的弧向均匀间隔开设有多个拉紧孔，两个拉紧板上相互对应的两个拉紧孔之间同轴连接有一拉紧螺钉。
[0012]搅拌水箱的顶部与透明水箱之间通过设置有流量调节阀的管道连通，搅拌水箱内设置有连接外部电机的搅拌器，搅拌水箱内底部设置有观察窗，搅拌水箱下方对应观察窗设置有三棱镜和亮度传感器，搅拌水箱内一侧向外连接有冷却循环水管路和温度传感器。
[0013]泥沙循环泵与空化发生器之间的连通管道上设置有电磁流量计，泥沙循环泵选用容积式泵体，泵体出口设置有稳压装置。
[0014]搅拌水箱上连通有示踪粒子添加装置。
[0015]搅拌水箱上设置有支架，支架上架设有位于透明水箱上方的升降装置，空化发生器顶端连接至升降装置底端。
[0016]拍摄辅助设备包括对应透明水箱两个宽面布置的激光发生器和高强照明灯组，激光发生器和高强照明灯组均与同步器电连接，激光发生器和高强照明灯组的光路上均设置有光电探测器，光电探测器经示波器电连接至计算机。
[0017]本专利技术所采用的第二种技术方案是：基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置的测试方法，包括单独启动空化发生器进行空蚀破坏实验、启动空化发生器并通水带动空泡移动进行空蚀冲击破坏实验、只喷射泥沙不启动空化发生器进行泥沙磨损实验、喷射泥沙的同时启动空化发生器进行磨蚀破坏实验四种测试状态，测试时通过PIV拍摄装置和高速相机拍摄装置对四种测试状态进行动态捕捉，具体测试方法为：
[0018]单独启动空化发生器进行空蚀破坏实验：将透明水箱水位控制在实验水位，关闭流量调节阀保持透明水箱水位稳定，启动空化发生器，试件只受到超声空化泡破坏；
[0019]启动空化发生器并通水带动空泡移动进行空蚀冲击破坏实验：在搅拌水箱内注入清水，启动泥沙循环泵进行循环，通过流量调节阀控制透明水箱水位，启动空化发生器，试件受到水流携带超声空化泡冲击破坏；
[0020]只喷射泥沙不启动空化发生器进行泥沙磨损实验：在搅拌水箱内注入泥沙水，启动泥沙循环泵进行循环，通过流量调节阀控制透明水箱水位，试件只受到泥沙水磨损冲击破坏；
[0021]喷射泥沙的同时启动空化发生器进行磨蚀破坏实验：在搅拌水箱内注入泥沙水，启动泥沙循环泵进行循环，通过流量调节阀控制透明水箱水位，启动空化发生器，试件受到泥沙水磨损冲击破坏和超声空化泡冲击破坏联合作用。
[0022]本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装
置及方法，通过一台实验设备进行多角度空蚀、冲蚀、磨损和磨蚀实验，更好将四种水力机械破坏进行对比分析，同时通过高速相机与PIV技术分析进行动态捕捉，分析不同水利条件对不同损伤过程及微观发展机理的影响。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置的结构示意图；
[0024]图2是本专利技术的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置中透明水箱和搅拌水箱的位置关系示意图；
[0025]图3是本专利技术的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置中透明水箱和搅拌水箱的透视示意图；
[0026]图4是本专利技术的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置中空化喷头的结构示意图；
[0027]图5是本专利技术的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置中透明水箱的结构示意图；
[0028]图6是本专利技术的基于超声空化的可视化本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置，其特征在于，包括搅拌水箱(2)，搅拌水箱(2)的顶部向上连通有透明水箱(1)，搅拌水箱(2)内设置有泥沙循环泵(3)，泥沙循环泵(3)通过向上伸出于搅拌水箱(2)的管道连通有底端开孔且伸入透明水箱(1)顶部的空化发生器(5)，空化发生器(5)的下方设置有架设于透明水箱(1)内的试件安装夹具，透明水箱(1)的外侧设置有PIV拍摄装置(7)、高速相机拍摄装置(8)及拍摄辅助设备，PIV拍摄装置(7)、高速相机拍摄装置(8)及拍摄辅助设备共同电连接有同步器(9)和计算机(14)。2.如权利要求1所述的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置，其特征在于，所述透明水箱(1)的长度方向沿纵向设置，上部为长方体，下部相对的两侧沿宽度方向向内收缩成方锥体。3.如权利要求1所述的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置，其特征在于，所述试件安装夹具包括倒立的门形固定架(101)，固定架(101)的顶端两侧外均沿纵向设置有滑槽(102)，滑槽(102)内配合设置有滑块(103)，滑块(103)外侧固定连接有一端经透明水箱(1)顶端上方向外伸出的调节螺杆(104)，调节螺杆(104)上穿过有底端一侧抵至透明水箱(1)顶端外壁的夹板(105)，调节螺杆(104)上远离滑块(103)的一端配合连接有调节螺母(106)，固定架(101)的底端上并列固定有一对用以夹持试件(15)的拉紧板(107)。4.如权利要求3所述的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置，其特征在于，所述拉紧板(107)为直角梯形，拉紧板(107)上以其非直角顶点为圆心开设有同心的两个弧形孔(108)，两个弧形孔(108)外侧沿与其同心的弧向均匀间隔开设有多个拉紧孔(109)，两个拉紧板(107)上相互对应的两个拉紧孔(109)之间同轴连接有一拉紧螺钉(110)。5.如权利要求1所述的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置，其特征在于，所述搅拌水箱(2)的顶部与透明水箱(1)之间通过设置有流量调节阀(201)的管道连通，搅拌水箱(2)内设置有连接外部电机的搅拌器(202)，搅拌水箱(2)内底部设置有观察窗(205)，搅拌水箱(2)下方对应观察窗(205)设置有三棱镜(207)和亮度传感器(206)，搅拌水箱(2)内一侧向外连接有冷却循环水管路(204)和温度传感器(203)。6.如权利要求1所述的基于超声空化的可视化磨蚀联合作用机理测试装置，其特征在于，所述泥沙循环泵(3)与空化发...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭鹏程，武鹏波，孙帅辉，张芝，孙龙刚，王凯，郑小波，赵亚萍，
申请(专利权)人：西安理工大学，
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。