【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空泡动力学，尤其是一种低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置。
技术介绍
1、西藏区域内的河流大多处于高海拔低气压地区，河流的平均海拔超过4000m，平均气压低于62.25kpa，不足标准大气压的2/3，必须重视大气压力变化对水利水电工程的影响。而空化作为一种水动力学现象广泛存在于水利、船舶、医疗等行业，对空化泡的研究起源于工程中的空蚀现象。
2、在水利水电工程的高、中水头泄水建筑物的某些部位经常会发生材料剥蚀破坏的现象，这种现象称为空蚀。行业中多采用掺气措施来减免空蚀现象的危害，国内外的研究设计和实践都已表明掺气措施经济有效、工程形式简单、减蚀效果明显。虽然掺气措施被广泛应用，但是关于掺气措施减免空蚀的机理目前大多停留在假想层面，缺乏细观层面的实验数据支撑，并且低气压下掺气减蚀规律的研究尚存在空缺，难以为高海拔低气压地区水利水电工程的泄洪消能系统设计提供理论支持。因此，研究低气压下掺气与空化的相互作用对更有效的应用掺气措施具有重要意义。
3、目前，实验室内采用超声震动的方式来模拟工业生产中出现的空化泡，这种产生方式也被称为超声空化。超声空化由于其具有可操作性好、重复性高、安全性高和成本低而被逐渐采用。但针对低气压下掺气减蚀机理的细观研究缺乏相关的实验技术，仅有的少量文献中报道了低气压对空化空蚀的影响，但目前并未有关于低气压条件下掺气减蚀规律研究的公开报道。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种低气压下观测超声空化
2、为解决上述技术问题本专利技术所采用的技术方案是：低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，包括超声空化组件、掺气泡释放组件、低气压实验组件和影像采集部件；
3、所述掺气泡释放组件包括水槽和气体产生组件，超声空化组件在水槽的水面下产生超声空化云，气体产生组件向水槽内通入气体形成掺气泡；
4、所述低气压实验组件包括减压箱和抽气泵，水槽和气体产生组件设置在减压箱内，抽气泵与减压箱连通并维持减压箱内部气压；
5、所述影像采集部件固定在减压箱外侧并采集超声空化云与掺气泡相互作用过程的影像。
6、本专利技术通过超声空化组件在水槽的水面下方产生超声空化云，同时利用掺气泡释放组件向水槽内鼓气形成大量自由上浮的掺气泡，掺气泡上浮至与超声空化云接触并产生相互作用的过程中，利用低气压实验组件维持实验环境气压以达到实验要求，通过影像采集部件对掺气泡与超声空化云的相互作用过程进行记录。
7、作为上述方案的改进：所述超声空化组件包括超声控制电器、变幅杆和靶材试件；所述变幅杆与固定在减压箱外侧的超声控制电器电气连接，所述靶材试件固定在变幅杆的底端，变幅杆的底端伸入水槽的水面下。本专利技术的超声空化组件通过超声控制电器为变幅杆通电，通过变幅杆将机械振动放大以产生高频振动并将弹性波传递到水槽的液体中，弹性波振荡几个周期后使液体中的微小气核受到扰动而被激发，并使微小气核膨胀收缩，最终使得浸入水中的靶材试件下部产生超声空化云。
8、作为上述方案的改进：所述变幅杆底部靶材试件的下端位于水槽内水面高度下1cm处。本专利技术中对靶材试件的设置位置进行限定，以确保靶材试件的下部能够在变幅杆的作用下产生超声波空化云。
9、作为上述方案的改进：所述变幅杆竖直设置，变幅杆垂直于水槽内的水面。
10、作为上述方案的改进：所述掺气泡释放组件中的气体产生组件包括通气室、气孔板和进气泵；所述通气室设置在减压箱内并固定在水槽下方，所述进气泵与通气室连通；所述气孔板上设有多个气孔，气孔板可拆卸设置在通气室与水槽之间。本专利技术中的掺气泡释放组件通过进气泵为通气室鼓气，通气室内的气体在向上进入水槽的过程中被位于通气室与水槽之间的气孔板进行分割，形成多股气流并通入水槽的液体中形成大量掺气泡。
11、作为上述方案的改进：所述减压箱为密封箱体，减压箱与设置在减压箱外侧的部件密封连接。
12、作为上述方案的改进：所述影像采集部件为高速摄像机。
13、作为上述方案的改进：还包括用于监测减压箱内大气压值的气压计，所述气压计固定在减压箱上。本专利技术通过设置气压计对减压箱内的大气压值进行实时监测，以便于保证减压箱内的气压稳定在实验所需的数值，同时操作人员可根据气压计的监测数据对减压箱内的其他进行实施调控。
14、本专利技术的有益效果是：本专利技术通过超声空化组件、掺气泡释放组件和低气压实验组件的配合来实现低气压环境下超声空化云与掺气泡的相互作用，同时利用影像采集部件对作用过程进行记录，实现了低气压环境下超声空化云与掺气泡相互作用的动态信息的获取，为细观层面低气压下掺气减蚀机理的研究提供了便利的实验方法；本专利技术中包括环境气压大小、超声空化强度、掺气泡尺寸和掺气泡浓度在内的实验参数都能进行精确调控，为研究提供了准确的参照数据；且本专利技术结构简单、操作便捷、安全可靠、实验成本低。
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1.低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：包括超声空化组件、掺气泡释放组件、低气压实验组件和影像采集部件(400)；
2.如权利要求1所述的低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：所述超声空化组件包括超声控制电器(110)、变幅杆(120)和靶材试件(130)；所述变幅杆(120)与固定在减压箱(310)外侧的超声控制电器(110)电气连接，所述靶材试件(130)固定在变幅杆(120)的底端，变幅杆(120)的底端伸入水槽(210)的水面下。
3.如权利要求2所述的低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：所述变幅杆(120)底部的靶材试件(130)的下端位于水槽(210)内水面高度下1cm处。
4.如权利要求2所述的低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：所述变幅杆(120)竖直设置，变幅杆(120)垂直于水槽(210)内的水面。
5.如权利要求1所述的低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：所述掺气泡释放组件中的气体产生组件包括通
6.如权利要求1所述的低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：所述减压箱(310)为密封箱体，减压箱(310)与设置在减压箱(310)外侧的部件密封连接。
7.如权利要求1所述的低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：所述影像采集部件(400)为高速摄像机。
8.如权利要求1所述的低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：还包括用于监测减压箱(310)内大气压值的气压计(600)，所述气压计(600)固定在减压箱(310)上。
...【技术特征摘要】
1.低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：包括超声空化组件、掺气泡释放组件、低气压实验组件和影像采集部件(400)；
2.如权利要求1所述的低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：所述超声空化组件包括超声控制电器(110)、变幅杆(120)和靶材试件(130)；所述变幅杆(120)与固定在减压箱(310)外侧的超声控制电器(110)电气连接，所述靶材试件(130)固定在变幅杆(120)的底端，变幅杆(120)的底端伸入水槽(210)的水面下。
3.如权利要求2所述的低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：所述变幅杆(120)底部的靶材试件(130)的下端位于水槽(210)内水面高度下1cm处。
4.如权利要求2所述的低气压下观测超声空化与掺气泡互相作用的实验装置，其特征在于：所述变幅杆(120)竖直设置，变幅杆(120)垂直于水槽(210)内的水面。
5.如权利要求1所述的低...
【专利技术属性】
技术研发人员：李健薄，夏勇，叶茂，刘跃，谢金元，王立海，杜震宇，唐碧华，陈军，尹崇林，罗春，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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