[发明专利]一种控制阀颤振特性测试装置及方法

权利要求书

1.一种控制阀颤振特性测试装置，其特征在于，包括控制阀(4)、喷嘴(3)、压电陶瓷(5)、超高速相机(7)、显微镜头、示波器(6)、石英玻璃容器(2)、计算机(8)和光源(1)；

所述石英玻璃容器(2)设置在工作台上，所述石英玻璃容器(2)中具备透明液体，透明液体中分布有示踪粒子；

所述控制阀(4)的上端利用悬臂梁固定，控制阀(4)的尖端位于石英玻璃容器(2)中且被容器内透明液体浸没；

所述喷嘴(3)设置于石英玻璃容器(2)内液面以上；

所述压电陶瓷(5)嵌入控制阀(4)的中心；压电陶瓷(5)通过引线连接示波器(6)；

所述光源(1)和所述超高速相机(7)分别设置于所述石英玻璃容器(2)的两侧壁，光源(1)的中心、控制阀(4)的尖端和超高速相机(7)视场中心三者位于同一直线，且此直线垂直于所述石英玻璃容器(2)的侧壁；所述光源(1)用于照亮所述石英玻璃容器(2)流场中所述控制阀(4)的尖端所处区域；

所述超高速相机(7)采集石英玻璃容器(2)中流场图像送入所述计算机(8)中；所述超高速相机(7)的镜头替换为显微镜头；

所述计算机(8)对流场图像进行分析计算获得控制阀的颤振特性。

2.如权利要求1所述的一种控制阀颤振特性测试装置，其特征在于，所述石英玻璃容器(2)中的透明液体为蒸馏水，透明液体中分布的示踪粒子为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或者空心玻璃球。

3.如权利要求1所述的一种控制阀颤振特性测试装置，其特征在于，所述石英玻璃容器(2)中的透明液体为蒸馏水；

所述石英玻璃容器(2)底部中央放置铂丝(9)，铂丝与光学通路垂直；铂丝(9)作为电解水的氢气泡发生装置的阴极丝，铜棒作为阳极，共同连接在工作电源的两端，在接通电源后，电解水的反应发生，铂丝表面会生成氢气泡，氢气泡即为示踪粒子。

4.如权利要求1所述的一种控制阀颤振特性测试装置，其特征在于，所述超高速相机拍摄速度为每秒钟拍摄超过100万次。

5.如权利要求1所述的一种控制阀颤振特性测试装置，其特征在于，所述计算机(8)对流场图像进行分析计算获得控制阀的颤振特性，具体为：

所述计算机(8)利用PIVlab软件进行速度矢量的计算，获得速度场的分布，进而得到涡量的分布，得到反卡门涡街的捕捉以及涡量的分布，进而获得控制阀的颤振频率和幅值。

6.一种控制阀颤振特性测试方法，其特征在于，采用如权利要求1～5任一所述的控制阀颤振特性测试装置进行测试，执行如下步骤：

具体实施步骤依次为：

步骤1：按照如权利要求1～4任一所述的控制阀颤振特性测试装置的结构搭建测试装置；

开启光源，调整光路，调整高速相机与镜头的焦距，获得针对所述石英玻璃容器(2)中流场合适的视窗，并对视场进行尺寸标定；

所述示踪粒子在所述石英玻璃容器(2)的透明液体中均匀分布；

步骤2：开始测试，开启喷嘴(3)，所述喷嘴(3)喷出射流冲击控制阀(4)，使控制阀(4)振动，控制阀(4)的中心的压电陶瓷(5)将控制阀的振动转化为电信号输出于示波器(6)；

步骤3：依次改变喷嘴(3)的不同工作参数，得到不同工况，针对每个工况，所述超高速相机(7)采集石英玻璃容器(2)中流场图像送入所述计算机(8)中；所述计算机(8)对流场图像进行分析计算获得控制阀的颤振特性，包括每个工况下控制阀(4)的颤振频率和幅值，即获得多种工况下控制阀的颤振特性；

步骤4：改变喷嘴两次喷射的间隔时间，获得单次喷射和连续喷射两种喷射模式，针对每种喷射模式，所述超高速相机(7)采集石英玻璃容器(2)中流场图像送入所述计算机(8)中；所述计算机(8)对流场图像进行分析计算获得多种喷射模式下控制阀的颤振特性；

步骤5：替换不同表面形状的控制阀，重复执行步骤3和步骤4，从而获得不同表面形状的控制阀对应的多种工况下控制阀的颤振特性和多种喷射模式下控制阀的颤振特性；

进一步分析得到不同表面形状下，使控制阀具有最优颤振特性的工况以及喷射模式。