[发明专利]一种基于电导探针的空化气液流场测量系统

说明书

本发明公开了一种基于电导探针的空化气液流场测量系统，系统包括水洞试验段，高速录像子系统，探针子系统、触发子系统和同步分析子系统；探针子系统位于水洞试验段内部，所述探针子系统利用同一气泡经过探针子系统不同位置的时间差计算出气泡的移动速度，利用探针子系统处于绝缘状态的时间计算得到流场特定位置瞬态及平均含气率并存储；触发子系统同时触发高速录像子系统和探针子系统进行工作；同步分析子系统分别对高速录像子系统和探针子系统采集的信号进行处理，同步分析子系统通过统一时间管理，实现对图像和探针信号的同步分析。本发明能够精细测量不同空化阶段气液相分布及相速度，以及特定空穴结构。

技术领域

本发明涉及一种空化气液流场测量系统，具体涉及一种基于电导探针的流场测量系统，属于多相流检测技术领域。

背景技术

空化不可避免发生于水力机械、高速推进器、水下兵器等运行工况下，空化的发生将带来压力脉动、振动、噪声和结构部件的疲劳破坏。空化以剧烈的气液相间质量交换为特征，是液体介质连续性的力学破坏，一旦发生，将显著改变流场结构。空化包含了空泡的生长，发展，断裂，脱落等非定常过程，具有多相流、湍流、可压缩、不稳定性和相变的强烈非线性强耦合的复杂特性。由于国家安全以及国民经济发展的需求，国内外许多研究者不断深入对空化现象的研究。由于空化现象的复杂性，空化建模仍未成熟，模型中许多参数需要经验或实验获得，实验技术是空化研究最主要的手段。

研究表明，空化流动中，气泡份额分布及其演化是流动的重要参数，是流体动力的主要来源，并且发现随着含气率的增加，空化混相介质的声速会显著降低，远低于纯汽相与纯液相，甚至达到几米每秒，使得当地流场达到超音速状态，因此高当地马赫数是空化流动的重要特性，是流体动力的主要原因，而马赫数的确定依赖于当地流速的测量。目前空化流动常用实验技术如高速录像和PIV分别针对宏观气液形貌及运动场单一测量，无法同时获得空泡形貌参数和运动信息，且无法深入到单个空泡尺度。现有研究表明，电导探针技术作为两相流重要测量技术，虽然是一种接触式测量，但具有不受操作人员熟练程度的影响，响应快，便于与电脑联接，测量速度和精度高的特点，可以进行大样本实时测量，还可以直接输出电信号。由于探针的体积很小，可置于被测设备中的任意位置，而几乎不干扰流场，测量精度高。同时双头电导探针能够实现同时测量当地含气率和速度，获得空化区域马赫数参数的优点，为空化气液流场精细测量提供了可能。

目前，探针技术主要应用于多相流测量领域，由于空化气液流场具有瞬态冲击载荷、高压力脉动，非定常，湍流，可压缩，相变等显著区别于多相流的特点，亟需发展适合于空化气液流场测量的电导探针技术

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于电导探针的空化气液流场测量系统，系统采用同步触发技术，实现对宏观空穴形态和局部空泡参数的同步测量。通过该系统能够精细测量不同空化阶段气液相分布及相速度，以及特定空穴结构。

一种基于电导探针的空化气液流场测量系统，测量系统包括水洞试验段，高速录像子系统，探针子系统、触发子系统和同步分析子系统；

所述探针子系统位于水洞试验段内部，所述探针子系统利用同一气泡经过探针子系统不同位置的时间差计算出气泡的移动速度，利用探针子系统处于绝缘状态的时间计算得到流场特定位置瞬态及平均含气率并存储；所述触发子系统同时触发高速录像子系统和探针子系统进行工作；所述同步分析子系统分别对高速录像子系统和探针子系统采集的信号进行处理，同步分析子系统通过统一时间管理，实现对图像和探针信号的同步分析。

进一步地，所述水洞试验段包括试验段和透明有机玻璃；所述试验段为矩形断面结构，底部布置的楔形结构形成收缩扩张流道，空化发生于扩张段流动分离区域，在所述的空化发生区域布置有探针子系统；试验段顶面、前面以及侧面为方便观察的有机玻璃。

进一步地，高速录像子系统包括照明镝灯，高速相机和图像采集仪；所述高速相机拍摄的图片由图像采集仪采集和存储。