[发明专利]一种水流空泡试验系统

说明书

本发明公开了一种水流空泡试验系统，其特征在于，包括：一段流体通道，流体通道上具有一段观察段，观察段上相对的左右两侧设置有透明材料制得的可视化窗口；设置于观察段一侧的可视化窗口外侧的光源；高速摄像系统；空化噪声监测系统和同步控制系统，同步控制系统包括一台分别和摄像用电脑以及监测用电脑相连的同步器。本发明能够直观显示并准确确定出流水中空泡的发生和衍变以及溃灭全过程中各时刻的空泡位置和衍变状态，以显示并研究空泡的发展变化过程。同时还可以很好地模拟空泡产生实际环境情况，以更好地将研究对象和具体应用实际情况相结合，使其更加实用。具有可行性好，精确度较高，实用性强的优点。

技术领域

本发明涉及泄洪消能水力学领域，具体涉及一种水流空泡试验系统。

背景技术

空蚀现象，是指高速水流通过泄水建筑物时造成局部固体表面被剥蚀破坏。固体表面在水流中受到空化冲击作用是造成空蚀破坏的主要原因，所以在泄水建筑物的研究和设计中都尽量避免产生空化。

已有原型观测结果显示，发生空化的水流未对泄水建筑物造成剥蚀破坏，证明空化现象的产生未必一定会导致空蚀破坏。高速湍流流场动水荷载脉动大，直接影响空泡的发展变化过程、溃灭位置、溃灭方式以及造成破坏的程度等。深入认识空泡在高速流场中的发展变化规律和空泡间的相互作用关系，有利于揭示避免发生空蚀破坏的临界条件，对泄洪消能建筑物等工程的安全运行及设计提供有利的建议。

目前空泡的研究方法主要有两种：其一是采用高速摄像机拍摄静水空泡的溃灭过程或监测流场中的固定空化现象，主要用于研究空化水流中的可见空泡（群），无法发现初生空化状态下水流中的空泡，难以观测流场中的游离空泡；其二是采用空化噪声监测系统，通过监测和分析空化噪声的频域范围，准确判断空化发生，但难以反映水流的实时空化状态，更加无法定位空泡（群）进行可视化研究。

所以，现有的空泡研究方法，无法及时、准确地监测到空化的发生和变化发展情况；而且现有研究方法中，空泡一般依靠采用超声波、电火花等方法激发产生并用于研究，这样和空泡产生实际情况不符，故研究结果往往沦为纯粹的学术研究，难以反馈应用到泄水建筑建设。

故如何设计一种既能够及时、准确地监测到空化的发生，又能够实时观测到不同状态下空泡（群）的发展变化过程，同时具有可行性好，精确度较高特点，能够模拟空泡发生实际情况，以提高研究真实性和可应用性的高速水流场空泡监测试验技术，成为本领域相关科学问题亟待研究的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明首要考虑解决的技术问题是：怎样提供一种能够及时、准确地监测到空化的发生，又能够实时观测到不同状态下空泡（群）的发展变化过程，同时具有可行性好，精确度较高特点的水流空泡试验系统；并进一步使其具有能够模拟空泡实际发生情况，以提高研究真实性和可应用性等特点；能够更好地为研究高速流场中的空泡（群）的运动规律和作用机理提供科学依据。

为了解决上述技术问题，本发明采用了以下的技术方案：方案中描述以流体前行方向为前方，相反方向为后方。

一种水流空泡试验系统，其特征在于，包括：

一段流体通道，流体通道上具有一段观察段，观察段后方为进水端并具有空泡形成区域，观察段前方为出水端，观察段上相对的左右两侧设置有透明材料制得的可视化窗口；

光源，光源设置于观察段一侧的可视化窗口外侧；

高速摄像系统，高速摄像系统包括一个高速摄像机，高速摄像机设置于观察段另一侧的可视化窗口外侧且摄像头正对该可视化窗口设置，高速摄像机和一个摄像用电脑相连；

空化噪声监测系统，空化噪声监测系统包括一个用于采集流体通道观察段内部声音信号的水听器，水听器和一个监测用电脑相连；

同步控制系统，同步控制系统包括一台分别和摄像用电脑以及监测用电脑相连的同步器。