[发明专利]一种具有CFD仿真系统的流体边界层分离可视化实验装置

说明书

一种具有CFD仿真系统的流体边界层分离可视化实验装置，由玻璃装置组件、实验台、进水管道、回水管道、水箱、离心泵、脚轮、计算机控制系统、流体边界层分离的CFD仿真系统和荧光示踪仪组成；玻璃装置组件由两块钢化玻璃夹着不同形状的有色塑料组成，可观察不同曲面对边界层分离现象的影响；流体边界层分离的CFD仿真系统包括启动界面、参数设置和查看结果三个模块，在实验过程中可同时查看CFD仿真结果。本发明实现了计算机控制系统对装置进行控制操作，可直观地观察、测量与分析边界层分离现象，并且能分析曲面和进口流速对边界层分离现象的影响，可实时对比CFD仿真结果和实验结果，加深学生对边界层分离现象的认识、理解和应用。

技术领域

本发明属于流体机械领域，具体涉及一种具有CFD仿真系统的流体边界层分离可视化实验装置。

背景技术

当流体流经固体时，由于粘滞力的作用，在靠近固体表面的流体会出现边界层，由于雷诺应力的影响，使边界层厚度沿来流方向不断增加，流体微团堆积，压力的持续增加迫使流体微团反向移动，随即出现边界层分离现象。边界层分离是目前工程流体力学教学大纲中的一个重要知识点，尤其在流体机械设计与运维过程中，由于流体边界层分离现象会危害设备的运行，所以学生和相关工程技术人员需要充分认识、理解、分析与利用流体边界层及其分离现象的原理。在现有的流体边界层分离理论知识的教学中，一方面，学生仅仅通过课本和老师的讲解进而理解流体边界层分离的理论知识或借助计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics—CFD)相关软件仿真分析流体边界层分离现象，但不能通过实验直观地观察、测量与分析流体边界层分离现象；另一方面，学生仅仅通过简单的实验观察流体边界层分离现象，并没有通过CFD相关软件仿真分析流体边界层分离现象；这两种教学方式都不能使学生更好地认识流体边界层分离现象和理解流体边界层分离的理论知识。为了达到深化教学改革的目的，既可以通过实验的方法，让学生自己动手操作与观察，又可以采用CFD相关软件对边界层分离现象进行模拟仿真分析，将CFD数值模拟结果和实验结果进行对比，使得学生对边界层分离现象和边界层分离理论知识有更进一步的理解，所以需要一种既可以直观地观察、测量与分析边界层分离现象，又可以与CFD仿真结果对比的实验装置。

发明内容

本发明的目的在于针对流体边界层分离现象教学中存在的缺陷，提供一种具有CFD仿真系统的流体边界层分离可视化实验装置。本发明既可以直观地观察、测量与分析边界层分离现象，并且可以同时观察曲面和进口流速对边界层分离现象的影响，又能实时对比CFD数值模拟结果和实验结果，通过实验和CFD辅助的方法促进学生更好地认识流体边界层分离现象，对于进一步探讨与研究流体边界层分离现象起到很大作用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：