[实用新型]一种粒子可循环的突扩管系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光非接触测速领域，具体是一种粒子可循环的突扩管系统。

背景技术

突然扩张管道为流体力学中的重要结构，其流场结构的实验测量倍受研究人员关注。

中国科学院金属腐蚀与防护研究所的阎永贵、郑玉贵、姚治铭、柯伟等人在《突扩管局部流速流态的激光多普勒测试》及《双相流冲刷腐蚀激光多普勒测试装置及其校正》(1999年10月)中，设计并建立了一套用于研究双相流冲刷腐蚀的激光多普勒测试装置，该装置由激光多普勒测速仪、供液系统、循环系统和电化学系统等组成，可以实现流体的循环，并包括突扩管测量段。该装置的供液系统由储液槽、供液泵和输送管组成，由于采用供液泵，该装置仅能够输送液体工质而不能输送气体工质，所以该装置并不适于气态工质的突扩管测量，也不能向气态工质中投放粒子，另外，其突扩管模型内径为20/40mm，若改变突扩比，则必需重新改造实验装置，成本较高。

北京航空航天大学的陈莹、邓学蓥、王延奎、王兵、董超等人在《低速风洞PIV实验中的示踪粒子投放技术》中，提出了一种回流式低速风洞。该回流式低速风洞有开口和闭口两个实验段，在实验段出口处向风洞内投放粒子使其在风洞中循环，提高了散播粒子的均匀度。但该回流式低速风洞不能用于突扩管流场测量。当将该风洞用于突扩管流场测量时，需要增加突扩管测量段，提高了实验测量成本。

发明内容

为克服现有技术中存在的或者不适于气态工质的突扩管测量，或者需要对实验装置进行改造，增加实验成本的不足，以及激光非接触测速中向流场中投放粒子的困难，本发明提出了一种粒子可循环的突扩管系统。

本发明包括突扩管、粒子循环装置和移动小车。其中，粒子循环装置包括粒子发生器、变压器、实验台底座、稳压箱、风机、风机支架、风机接头、软管、软管连接件和波纹管；突扩管包括突扩管大管道和多个突扩管小管道。突扩管大管道的长度是其内径的3～10倍。稳压箱与实验台底座共同组成封闭的箱体。稳压箱一端的箱体上有突扩管大管道的通孔。风机通过风机支架安装在稳压箱内，软管的两端分别通过风机接头和软管连接件与风机和位于稳压箱外的突扩管大管道连接。粒子发生器安装在实验台底座的上表面，并位于稳压箱内。波纹管的一端固定在实验台底座上的连接孔上，另一端与突扩管小管道的一端连接；突扩管大管道两端分别与突扩管小管道和稳压箱连接。多个突扩管小管道的内径分别为突扩管大管道内径的0.1～0.95倍。

所述的风机支架包括上支架和下支架两部分；在风机支架的上支架和下支架固定连接后，上支架和下支架相互配合的表面均有风机的安装面；在风机支架的风机安装面中心有通风孔。风机接头位于风机支架的端面，软管连接件位于稳压箱内壁板上；风机接头、软管连接件的中心线位于同一垂直面。风机接头的中心与风机支架通风孔的中心重合。

本发明的目的是设计出突扩比可变的突扩管道，对其结构进行适应性改造，同时使该系统中的粒子均匀分布，使其适合于激光非接触测速，测量不同突扩比下的突扩管内流场结构。

本发明将突扩管大直径段和小直径段分开设计，即突扩管大管道不变，通过改变突扩管小管道改变突扩比，能够方便地测量突扩管在不同突扩比下的流场。本发明的稳压箱为封闭结构，通过风机使气流循环流动，实现粒子在流场中均匀分布，在流场所有测量点都得到了良好的粒子图像。本发明中突扩管测量段及稳压箱采用透明有机玻璃设计，可方便地观察到流场内部粒子分布情况，以便及时调节粒子浓度。整个系统安装在移动小车上，方便移动，简化实验过程。

本发明所采取的突扩管大管道不变、突扩管小管道可变的方式实现变突扩比，可少加工多个突扩管大管道，并且不同的突扩管小管道与突扩管系统其它装置之间有良好的兼容性，节约实验成本。

本发明适用于各种不同突扩比下的激光非接触测速实验，并能够应用于激光非接触测速中变突扩比状态下突扩管流动的教学演示，已成功地进行了PIV示踪粒子筛选、内流PIV测量光学探针使用探究和不同流速下突扩管PIV流场测量实验，取得了良好的效果。

附图说明

图1是用于激光非接触测速的突扩管系统装配结构示意图的主视图；

图2是用于激光非接触测速的突扩管系统装配结构示意图的俯视图；

图3是实验台底座结构示意图的俯视图；

图4是稳压箱结构示意图的主视图；

图5是稳压箱结构示意图的右视图；

图6是风机支架结构示意图的主视图；

图7是风机支架结构示意图的右视图；

图8是风机接头结构示意图的主视图；

图9是风机接头结构示意图的右视图；