[发明专利]一种可数控的空泡发生装置及控制方法

说明书

本发明涉及空化研究的技术领域，公开了一种可数控的空泡发生装置，包括：载水观察箱；内部的底部设有底板；弹性件，弹性件的一端固定于一支撑面上，另一端与载水观察箱的底部连接；导轨组件，设在载水观察箱的左右两侧；脉冲冲击装置，设在载水观察箱的上方，且与一控制系统电连接，控制系统控制脉冲冲击装置定时撞击载水观察箱，使载水观察箱以一定的加速度周期性向下运动；磁流可控阻尼器，固定于支撑面上，且与载水观察箱的底部连接，控制系统与磁流可控阻尼器电连接，并根据载水观察箱的实际运动轨迹实时控制磁流可控阻尼器的阻力大小，以调整载水观察箱的运动，使载水观察箱的运动满足预期的周期运动，从而观察周期性负压条件下的空化现象。

技术领域

本发明涉及空泡发生设备的技术领域，更具体地，涉及一种可数控的空泡发生装置及控制方法。

背景技术

空泡是在液体介质遭到连续性破坏的基础上出现的，是压力降低的结果。或者说，当液体内某点压力降低到某个临界压力以下时，液体发生汽化，先是微观的，然后成为宏观的小气泡，尔后在液体内部或液体与固体的交界面上，汇合形成较大的蒸汽与气体的空腔，称为空泡。空泡的产生、发展与溃灭过程称为空化现象。

其中，空化现象会引起周围的流体产生剧烈的压力变化，发出噪声。在那里的物体表面除受到冲击引起损伤之外，还会导致阻力显著地增大。为此，在设计水中运转的机械时，必须考虑空泡对机械性能的影响，对空泡进行校验，避免空泡的产生。

而目前对空化现象的研究比较少，且目前实验室的空泡发生装置主要通过稳定的负压区域来诱发空泡的发生，对可控的周期性的负压环境产生的空泡动力特征鲜有研究。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种可数控的空泡发生装置及控制方法，具有自动化控制诱发空泡发生的效果。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，一种可数控的空泡发生装置，包括：

载水观察箱；所述载水观察箱内部的底部设有底板，用于诱发产生空泡；

弹性件，所述弹性件的一端固定于一支撑面上，另一端与载水观察箱的底部连接，且与载水观察箱的重力保持平衡；

导轨组件，设在载水观察箱的左右两侧，用于带动载水观察箱上下滑行；

脉冲冲击装置，设在载水观察箱的上方，且与一控制系统电连接，所述控制系统控制脉冲冲击装置定时撞击载水观察箱，使载水观察箱以一定的加速度周期性向下运动；所述载水观察箱在加速运动过程中，箱体底部的水体由于惯性作用而产生负压，满足空化条件；

磁流可控阻尼器，固定于支撑面上，且与载水观察箱的底部连接，所述控制系统与磁流可控阻尼器电连接，并根据载水观察箱的实际运动轨迹实时控制磁流可控阻尼器的阻力大小，以调整载水观察箱的运动，使载水观察箱的运动满足预期的周期运动，从而观察周期性负压条件下的空化现象。

本技术方案中，通过控制系统控制脉冲冲击装置，定时撞击载水观察箱，以便于自动化实现撞击，解放了人力，也更好地控制力量和周期。其中，脉冲冲击装置在高速情况下，刚性撞击箱体时，由于动量守恒，会让箱体在瞬间具有超高加速度，以便于实验研究空泡与加速度之间的关系。其中，还可通过控制系统控制脉冲冲击装置的力度大小，以研究空泡与加速度大小之间的关系。

其中，箱体通过脉冲冲击装置撞击后，在导轨组件上，加速向下滑行，而箱体内的水体由于惯性，会在箱体加速下滑时，在箱体底部产生足够的负压条件诱发空化。同时，置于箱体底部的底板，在空化发生时，会诱发空泡的发生和引导空泡的发展过程，以便于研究空化规律。

进一步地，箱体的底部设有弹性件，该弹性件在无外力作用下，与箱体的重力保持平衡，起到支撑箱体的作用，而在箱体加速下滑时，弹性件受到箱体的压迫而压缩变形，同时利用弹性件的储能和释放能量原理，可形成载水观察箱高频周期振荡，以便于研究高频周期振荡对空泡形态的影响。