[发明专利]一种抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置

说明书

本发明公开了一种抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置，该装置内部为空腔，装置的底面上设有与通气管连接的通气孔，使得外部气源的气体进入空腔内；装置的顶面上设有与贯通空腔和外界的通气缝；装置通过其底面固定连接在循环水洞的扩张流道上，当循环水洞的扩张流道内产生泡状流激波机制诱导附着型空穴断裂及空泡脱落空化稳定后，通过通气管向装置内部通气，气体进入附着型空穴内部，待通气稳定进行数据采集。本发明能够向自然空化区域通入高压气体来抑制自然空化非定常特性，满足对通气抑制自然空化激波诱导不稳定特性的定量研究。

技术领域

本发明涉及一种针对自然空化激波诱导不稳定特性研究的高压通气装置，属于船舶与水下航行器工程、水利水电工程技术领域。

背景技术

空化发生于高速水流中，是包含剧烈相变过程的非定常现象。空化的发生，会造成剧烈压力脉动、振动、噪声和机械部件的空蚀破坏，对空化非定常特性的控制，是以核动力潜艇为代表的大型水下作战平台和潜射战略核导弹、高速鱼雷和超高速射弹为代表的水中兵器系统等海战装备水动力创新发展的核心关键技术问题。

实验中发现，附着型空穴非定常特性主要来源于两种不同的诱导机制，分别为回射流机制和泡状流激波机制。因此，对非定常空化抑制的主要方法在于对回射流的运动和激波的产生及传播的干扰。大量的自然空化抑制研究针对附着型空穴断裂及空泡脱落的回射流机制，通过布置障碍物的形式干扰回射流运动，而研究表明，障碍物无法抑制激波诱导机制。

已有文献表明，云状空化非定常断裂及脱落的泡状流激波机制是空化不稳定性的重要来源。因此，对非定常空化抑制的主要方法在于对激波的干扰。空化溃灭激波是空化流体可压缩特性的主要体现，与空泡团的溃灭及空穴内部含气率分布密切相关。因此，对于空化激波的抑制关键在于空化区域气体含量分布的改变。Wallis’声速公式表明，在气液混合介质中，可压缩性将显著增大，声速将会出现剧烈下降，最低声速出现在含气率为0.5的位置；Brennen的理论推导计算出，空泡内不可凝结气体的存在会显著降低溃灭速率，并增大最小空泡体积。向空化区域通入不可凝结气体是改变空化区域含气率分布，进而改变空化区域可压缩特性的最有效可控方式。同时，向空化区域通入高压气体可以改变空穴内平均压力，提高当地空化数，抑制自然空化的发生。因此，最有效的一种控制空化非定常效应，降低空化破坏的方式是主动向空化区域通入高压气体。

目前通气主要应用于对海洋设备表面阻力的降低上，针对向自然空化区域通气气体的研究相对很少，尤其是通气量对空化抑制程度的定量研究，如何实现通气效率的最大化，即单位通气量达到最大的空化抑制效果，需要精细的实验研究。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置，通过该装置能够向自然空化区域通入高压气体来抑制自然空化非定常特性，满足对通气抑制自然空化激波诱导不稳定特性的定量研究。

一种抑制自然空化泡状流激波特性用高压通气装置，该装置内部为空腔，装置的底面上设有与通气管连接的通气孔，使得外部气源的气体进入空腔内；装置的顶面上设有与贯通空腔和外界的通气缝；装置通过其底面固定连接在循环水洞的扩张流道上，当循环水洞的扩张流道内产生泡状流激波机制诱导附着型空穴断裂及空泡脱落空化稳定后，通过通气管向装置内部通气，气体进入附着型空穴内部，待通气稳定进行数据采集。

进一步地，所述装置包括气腔本体和底盖，所述气腔本体为内部中空的矩形立方体，立方体的底面为开放端，端面上加工有用于连接底盖的连接螺孔，空腔的边缘部位加工密封台阶面，气腔本体的顶面加工有条形的通气缝；所述底盖上加工有与气腔本体密封台阶面配合的密封凸台，密封凸台的台阶面上加工安装密封圈的密封槽，底盖通过其上的连接螺孔与气腔本体实现连接，密封台阶面和密封凸台的配合保证连接部位的可靠密封，底盖的中心位置设有与通气管连接的通气孔。

进一步地，所述数据采集包括高速摄像、静态压力和动态压力采集。

进一步地，所述通气管上安装逆止阀，用于控制气流的通断。