[发明专利]一种流体音速特性的测试方法

说明书

一种流体音速特性的测试方法属于流体力学领域。流体在截面突然收缩的管路中，在一定的压差条件下将会形成阻塞流。这时候管路中的液相流速即为流体在该压力和温度条件下的音速。因此，本发明提出的方法是构建形成阻塞流的条件，并通过测量此时液相的流动速度来确定流体的音速。

技术领域

本发明涉及一种流体音速特性的测量装置系统，属于流体力学领域。

背景技术

管路中的音速是流体的一种物理特性，音速与流体的密度、温度、压力密切相关，而流体的密度主要与流体的温度相关，所以需要测量出在不同温度、不同压力下的流体音速。

传统的音速测量方法是在管路中测量水击波的速度。在阀门前端管路安装两个脉动压力传感器，利用测量阀门瞬间关闭时产生的水击波确定管路中流体的音速。

液体管路水击时，液压水击波的传播速度等于液体中的音速。采用水击法来测量流体音速：在流体管路输送动态特性水力试验时，阀门的瞬间关闭将产生直接水击。管路的水击是一个快速变化的脉动过程，并伴随着液体和管壁的弹性变形；水击波以流体音速在水中传播，波形上相同相位点通过管路上任意两截面所需的时间Δt,两截面之间的距离为1，可得此两截面之间的平均音速

本发明提出在突然收缩的管路中构建形成阻塞流的条件，通过摄像机拍摄此时可视化管路中流体的液相流通截面积，流量计测量管路中流体的质量流量来计算管路中液相燃油的流速。

发明内容

本发明提出一种测试流体音速特性的方法，目的是为了测量一定温度和压力下管路中流体的音速。

一种流体音速的测试方法，其特征在于：利用突然收缩管路构建形成阻塞流的流通条件，此时流体在管路中的液相流速即为流体在该压力和温度条件下的音速，通过摄像机拍摄此时可视化管路中流体的液相流通截 面积，流量计测量管路中流体的质量流量来计算管路中液相流体的流速。流体在突然收缩的管路中流动，保持一定的入口压力和流体的温度不变，提高出口压力然后逐渐减小出口压力。当出口压力减小到一定值时，管路中燃油出现空化现象，形成气液两相流。继续减小出口压力，当流量计测得管路中的质量流量不再增加时，管内形成阻塞流，液相燃油和气相燃油分离并且处于稳定状态。

在阻塞流动中，管路中流体的质量流量达到最大值，液相流体流通截面积达到最小值，因此管路中液相流体的速度达到最大值。

本发明方法实现装置的特征在于：包括高压油管接口1，前压紧件2，温度计接口3，入口压力传感器接口4，伺服垫5，透明突缩管路6，后压紧块7，出口压力传感器8和拍摄窗口9；所述透明突缩管路和观察窗口由石英玻璃制成；前压紧块2、透明突缩管路6和后压紧块用螺栓紧固，前压紧块2上有高压管接口1，温度计接口3，入口传感器接口4，分别用于连接高压管，温度计和压力传感器；后压紧块7上有出口压力传感器接口8和拍摄窗口9；拍摄窗口9用胶水粘贴在后压紧块。本发明的测量系统包括电机，水泵，油轨，流量计量阀，Kistler压力传感器，温度计，控制单元,可视化装置，光源，摄像机，流量计，背压阀，计算机。

所述的电机，水泵，油轨，油量计量阀，控制单元，计算机组成系统的油源，通过调节电机转速和油量计量阀的开度向可视化装置提供一定压力的燃油。所述的Kistler压力传感器，温度计，流量计组成系统的测量模块。其中，Kistler压力传感器测量可视化装置的入口压力和出口压力，温度计测量流体的温度，流量计测量通过管路内流体的质量流量。

所述的光源，高速摄影机，计算机组成系统的观测模块。其中光源为Led条形灯，产生近似平行光，放置在透明突缩管路的左右两侧，摄影机放置在观察窗口端。由于气相和液相流体的透光性不同，在计算机上呈现暗的部分是气相流体的流通面积，呈现亮的部分是液相流体的流通面积。

所述的背压调阀通过调节开度控制可视化装置的出口压力，目的是为了使透明突缩管路的流动形成阻塞流。