[发明专利]一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置及其测速方法

权利要求书

1.一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，包括角度盘（1）、圆形铜管（2）、壁面（3）、蓄水池（5）、磁力泵（6）、流量计（7）、闸阀（8）、脉冲发生器（9）、水槽（10）、联接软管（11）、计算机（12）、同步仪（13）、激光器（14）、片光源（15）及CCD相机（16）；所述水槽（10）为透明水槽，壁面（3）为透明壁面；

所述角度盘（1）固定于支撑架上；所述圆形铜管（2）与角度盘（1）可拆卸式固定，且圆形铜管（2）在角度盘（1）上角度可调节；

所述壁面（3）设置于水槽（10）内，蓄水池（5）依次经磁力泵（6）、流量计（7）、闸阀（8）、脉冲发生器（9）、联接软管（11）与圆形铜管（2）贯通连接，圆形铜管（2）一端与联接软管（11）贯通，另一端置于水槽（10）内的壁面（3）上方；蓄水池（5）内的水依次穿过磁力泵（6）、流量计（7）、闸阀（8）、脉冲发生器（9）、联接软管（11）、圆形铜管（2），并从圆形铜管（2）射出，冲击到壁面（3）上，形成整个冲击射流的流场；

所述计算机（12）、同步仪（13）、激光器（14）、片光源（15）依次连接，计算机（12）、同步仪（13）、激光器（14）、片光源（15）与CCD相机（16）组成整个PIV拍摄系统；其中，计算机（12）控制激光器（14）发射激光，计算机（12）控制CCD相机（16）进行拍摄，而同步仪（13）同步激光器（14）的发射时间与CCD相机（16）的拍摄时间，激光器（14）发射的激光通过片光源（15）形成片光；

所述片光源（15）置于水槽（10）的底部，片光源（15）可向上发射激光，激光穿过从圆形铜管（2）射出的射流中截面；CCD相机（16）置于水槽（10）的侧面，并平行于从圆形铜管（2）射出的射流中截面。

2.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，所述壁面（3）为有机玻璃壁面。

3.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，所述水槽（10）为钢化玻璃水槽，水槽（10）为方形。

4.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，所述水槽（10）设置于蓄水池（5）的上方，水槽（10）的侧壁上部设有溢水口，溢水口上设有下闸门（4），溢水口位于蓄水池（5）的上方。

5.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，所述角度盘（1）的形状为1/4圆形，所述角度盘（1）上设有中心孔、7个边孔，中心孔设置于角度盘（1）的直角处，7个边孔设置于角度盘（1）的弧形边处，中心孔与7个边孔的连线形成7条相互之间间隔15度的线段；

所述中心孔以及每个边孔两侧均添加2个小孔，中心孔两侧的2个小孔以及边孔两侧的2个小孔可安装固定件，圆形铜管（2）通过固定件紧贴着固定在角度盘（1）上，通过圆形铜管（2）固定于不同的边孔上，实现调整圆形铜管（2）的角度，从而调整冲击射流的冲击角度。

6.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，所述圆形铜管（2）为可拉伸式圆形铜管。

7.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，所述脉冲发生器（9）用于形成不同频率的脉冲射流。

8.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，所述角度盘（1）在支撑架上可上下移动。

9.根据权利要求1所述的一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置，其特征是，所述CCD相机（16）在水槽（10）内可平移。

10.根据权利要求1-9中任意一项权利要求所述的一种用于粒子图像测速的脉冲式淹没冲击射流实验装置进行测速的方法，其特征是，

A、首先将圆形铜管（2）在角度盘（1）上调整好角度，并固定在角度盘（1）上；壁面（3）放置在水槽（10）中，圆形铜管（2）置于壁面（3）上方；

启动磁力泵（6），蓄水池（5）内的水依次穿过磁力泵（6）、流量计（7）、闸阀（8）、脉冲发生器（9）、联接软管（11）、圆形铜管（2），并从圆形铜管（2）射出，冲击到壁面（3）上，形成整个冲击射流的流场；

B、片光源（15）位于水槽（10）底部的中截面上，并向上垂直发射两道时间间隔为ΔT的激光；

C、把CCD相机（16）置于水槽（10）的侧面并平行于射流中截面，对准射流中截面后利用示踪粒子在激光区域的曝光作用，记录两道激光粒子曝光时的图像，形成两幅粒子分布图片；

D、通过示踪粒子在两幅图片的位移差与时间差算出射流中截面流场的速度方向和大小；

E、由于CCD相机（16）每次拍摄的区域有限，通过平移CCD相机（16）可以将多次拍摄的区域合成一个较大的区域。