[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

说明书

本发明涉及到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，包括角度盘、圆形铜管、壁面、蓄水池、磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、水槽、联接软管、计算机、同步仪、激光器、片光源及CCD相机；壁面设置于钢化玻璃水槽内，蓄水池依次经磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管与圆形铜管贯通连接，圆形铜管一端与联接软管贯通，另一端置于水槽内的壁面上方；蓄水池内的水依次穿过磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管、圆形铜管，并从圆形铜管射出，冲击到壁面上，形成整个冲击射流的流场。本发明结构简单、设计合理，能够全面地研究雷诺数、冲击角度、冲击距离及脉冲周期对流场中各种流动特征的影响规律。

技术领域

本发明涉及到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，主要用于脉冲式淹没冲击射流内部流动的速度测量。

背景技术

粒子图像测速（Particle Image Velocimetry，以下简称PIV）技术是上个世纪八十年代发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。PIV测速的原理十分简单，它是通过测量某一时间间隔（ΔT）示踪粒子移动的距离来计算出粒子的瞬时速度。PIV技术的特点是超出了单点测速技术的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性，因此在流场的内部流动测量中得到广泛应用。

冲击射流是指自由射流对固体壁面或者液体壁面的冲击流动，在众多工程技术领域亦得到广泛的应用。在水利水电泄水工程中，高水头拱坝的孔口水流跌入水垫塘、泄洪洞或溢洪道等泄水建筑物的出口挑出的空中水舌冲击下游河道就是典型的冲击射流现象。此外，在航道疏浚工程中的边抛排泥、射流冲沙，工业油罐灌底的油泥清淤，航空航天领域中飞行器及航天器起飞或着陆时的喷射气流冲击地面，材料加工处理方面的射流切割及喷涂，动力机械方面的射流泵、汽轮机，工程热物理方面的燃烧室及各种喷洒设备，均是典型的冲击射流问题。目前，传统的冲击射流PIV实验台具有以下特点：按照冲击角度（射流轴线与冲击壁面的夹角）的不同，冲击射流可以分为竖直冲击射流与斜向冲击射流，由于竖直冲击射流的实验装置及流动相对简单，大部分冲击射流PIV实验台针对于竖直冲击射流；少部分斜向冲击射流PIV实验台，其冲击角度固定不变，无法进行不同冲击角度的冲击射流PIV实验；过去冲击射流PIV实验仅针对连续冲击射流，没有考虑到脉冲冲击射流的因素。刘沛清的论文“高坝下游水垫塘内淹没冲击射流实验”（1998）、章蔚红等人的论文“利用PIV技术对淹没射流瞬时流场特性的研究”（2004）及刘昭等人的论文“利用PIV技术对淹没射流瞬时流场特性的研究”（2015）所进行的淹没式冲击射流PIV实验具备上述2，3特点。

经检索，目前还没有关于脉冲式淹没冲击射流PIV实验的专利。

发明内容

为了研究脉冲式淹没冲击射流的瞬态流动结构，本发明提供了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，该发明可以全面地研究雷诺数、冲击角度、冲击距离及脉冲周期对流场中各种流动特征及涡旋结构的影响规律。

本发明的目的是这样实现的，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，包括角度盘、圆形铜管、壁面、蓄水池、磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、水槽、联接软管、计算机、同步仪、激光器、片光源及CCD相机；所述水槽为透明水槽，壁面为透明壁面；

所述角度盘固定于支撑架上；所述圆形铜管与角度盘可拆卸式固定，且圆形铜管在角度盘上角度可调节；

所述壁面设置于钢化玻璃水槽内，蓄水池依次经磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管与圆形铜管贯通连接，圆形铜管一端与联接软管贯通，另一端置于水槽内的壁面上方；蓄水池内的水依次穿过磁力泵、流量计、闸阀、脉冲发生器、联接软管、圆形铜管，并从圆形铜管射出，冲击到壁面上，形成整个冲击射流的流场；