[发明专利]一种环状空泡发生装置

说明书

本发明公开了一种环状空泡发生装置。水箱内装有液体，水箱侧壁开有通孔，通孔处的水箱内侧壁固定有水平管，水平管和水箱侧壁的通孔同轴连通；水箱外侧壁固定有法兰盘，法兰盘外端面固定有多个水平平行设置的水平杆，活塞包括盘体和活塞杆，水平杆贯穿布置于盘体使得盘体套装于水平杆上沿水平杆导向移动，活塞杆一端固定在盘体一端面的中心，活塞杆另一端穿过水箱侧壁的通孔伸入到水平管内，活塞杆另一端和水平管内壁之间通过多道密封圈密封连接；活塞盘体的另一端面侧方设有冲击气缸，冲击气缸的气缸杆朝向活塞盘体布置。本发明能实现模拟高速脉冲射流在管口处的演化过程，也可作为环状空泡的物理行为研究的实验装置。

技术领域

本发明涉及一种空泡发生器，具体地说是一种环状空泡发生装置。

背景技术

液流中局部压力低于相应温度下的饱和蒸气压时，局部液体将发生汽化形成空泡，这种现象称为空化。空泡溃灭时将在周围极小的空间内产生高温、高压和微射流，并引起振动和噪声问题。空化既会侵蚀机械元件，造成空蚀破坏，也可以加以利用，比如将空化应用与清洗、切割破碎物件以及提高石油钻钻速等。空泡溃灭的速度以及产生微射流的方向受空泡形状以及周边流场边界影响很大，其中涡环涡核发生空化形成的空泡由于涡环可传播距离远，影响范围也更远。

常见产生环状空泡的方式主要由两种：自振荡空化射流法和水下爆炸法。自振荡空化射流法是利用亥姆霍兹共振腔使高压水射流发生自激振荡，自激振荡射流在管口处形成环状空泡。水下爆炸法又可以分为燃烧法和铜丝短路法。燃烧法是利用在一端封闭的管子内部用电火花点燃可燃气体和氧气的混合物，燃烧产生大量热量使管中急速汽化。汽化产生的蒸汽泡高速膨胀，推动管内液体从管口高速射出，形成一个脉冲射流，最终在管口处形成一个环状空泡。铜丝短路法是在一个一端封闭的管子内部将两根铜丝搭接在一起，铜丝的两端分别接电容(一般低于250V)的正负极，当电路通路时，会产生很大的通路电流，使铜丝搭接处熔断。铜丝的熔断将迅速汽化周边的液体，在管内形成一个快速膨胀的空泡。管内空泡的快速膨胀将在管口处产生高速射流，并演化成高速旋转的涡环，最终形成一个环状空泡。

现有的空泡发生文献有：1.水中电火花气泡生成的实验装置及实验方法(CN102141523)；2.Collapse of a cavitating vortex ring(Journal of fluidengineering 1983年第105卷)；3.The use of self-resonating cavitating water jetsfor underwater sound generation(Journal of the acoustical society of America1985年第77卷)；4.Pulsation of cavitating vortex rings in water(Technicalphysics letters 2014年第40卷)；5.Thrust generation by pulse combustion of gasin a submerged chamber(International journal of multiphase flow 2016年第83卷)；6.Experimental investigation of vortex-ring cavitation(Journal ofZhejiang university-Science A2017年第18卷)。文献1采用低压电火花法产生空泡，所产生空泡的形状为球形，无法发生环状空泡。文献2和3采用自振荡空化射流的方法产生环状空泡，实验装置复杂。文献4和5采用燃烧可燃气体的水下爆炸法产生环状空泡。文献6采用铜丝短路法产生环状空泡。以上实验装置均存在效果不理想，实验安全性较低的特点。

发明内容

为了解决背景技术存在的问题，本发明提供了一种操控方便的环状空泡发生装置。

本发明的目标是以下技术方案实现的：