專利名稱:關于旋轉(zhuǎn)翼型設備的實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種關于旋轉(zhuǎn)翼型設備的實驗裝置，該裝置包括水箱、固定支架、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、主圓盤和可拆卸圓環(huán)；固定支架與水箱分離，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)位于固定支架上；該實驗裝置能夠針對翼型的旋轉(zhuǎn)效應進行實驗觀察，對翼型旋轉(zhuǎn)邊界層的理論研究提供實驗支持，對于基礎理論研究十分有益。該實驗裝置可以通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)翼型在不同轉(zhuǎn)速下的實驗研究，可以根據(jù)研究需要更換不同的翼型，可根據(jù)不同實驗研究需求調(diào)節(jié)翼型攻角與葉片旋轉(zhuǎn)半徑，可以調(diào)節(jié)改變上下圓盤的間距與圓盤直徑，可以調(diào)節(jié)實驗相關參數(shù)從而得到需要的不同流體雷諾數(shù)的實驗環(huán)境。
【專利說明】
關于旋轉(zhuǎn)翼型設備的實驗裝置
技術領域
[0001] 本實用新型屬于旋轉(zhuǎn)機械設備領域，設及旋轉(zhuǎn)機械葉片設計，具體設及一種旋轉(zhuǎn) 翼型實驗裝置。
【背景技術】
[0002] 作為通用機械的一種，旋轉(zhuǎn)機械廣泛的應用于鋼鐵、水泥、石油石化和建筑通風排 水等行業(yè)，使用量巨大，同時也消耗著大量的能源。因此，提升旋轉(zhuǎn)機械的效率能夠獲得非 ?？捎^的經(jīng)濟和社會效益。
[0003] 對于葉輪內(nèi)流動運動，采用旋轉(zhuǎn)坐標系對研究是便利的。旋轉(zhuǎn)坐標系與慣性存在 關聯(lián)，在定軸、定轉(zhuǎn)速的基本方程中增加了科氏力項和向屯、加速度項。直接對葉輪進行整體 研究，難度較大。
[0004] 傳統(tǒng)的研究方法往往是不考慮葉片旋轉(zhuǎn)的作用與曲率的影響，采用平板近似方法 得出葉片邊界層。由于旋轉(zhuǎn)機械葉片轉(zhuǎn)速較高，不考慮旋轉(zhuǎn)引起的科氏力與離屯、力會產(chǎn)生 較大誤差。但是由于旋轉(zhuǎn)機械結(jié)構(gòu)復雜，在整機設計中考慮葉片的旋轉(zhuǎn)對葉片邊界層的影 響難度較大，并且相關的旋轉(zhuǎn)邊界層理論亦不成熟。為了得到較高的運行效率，現(xiàn)今的旋轉(zhuǎn) 機械大多采用翼型為葉片形狀，而用于研究旋轉(zhuǎn)翼型的實驗裝置在年內(nèi)也幾乎為空白。
[0005] 當今社會，人們越來越重視節(jié)能減排，節(jié)約能源。旋轉(zhuǎn)機械應用廣泛，大量消耗能 源，急需進行優(yōu)化設計。傳統(tǒng)的優(yōu)化方法由于葉片邊界層理論的缺乏具有較大的限制，新的 優(yōu)化方法必須得到理論支撐。數(shù)值計算的精度受端流、轉(zhuǎn)換模型的制約，從基礎領域研究進 展來看，至少在短期內(nèi)應該仍是比較難攻克的問題。因此，設及具體工程應用時，實驗驗證 具有重要性與必要性。
[0006] 針對葉輪內(nèi)流動運動的特點，旋轉(zhuǎn)引起的科氏力與離屯、力的影響越來越被研究人 員所重視。所W設計配套的關于旋轉(zhuǎn)機械的實驗裝置十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實用新型的目的是針對現(xiàn)有關于旋轉(zhuǎn)機械的葉片研究技術的不足，設計一種旋 轉(zhuǎn)翼型實驗裝置，配合PIV技術，對翼型旋轉(zhuǎn)邊界層的理論研究提供實驗支持。
[000引本實驗裝置設及的雷諾數(shù)Re為：
[0009]
(1)
[0010] 其中，P流體密度，由于此實驗裝置的研究范圍屬于不可壓縮流體，因此P為恒值;V 為流體速度。d為一特征長度，例如流體流過圓形管道，則d為管道的當量直徑，本實驗中d為 翼型弦長。y為流體的動力黏性系數(shù)。雷諾數(shù)是判別流動特性的依據(jù)，例如在管流中，雷諾數(shù) 小于2300的流動是層流，Re = 2300~4000為過渡狀態(tài)，雷諾數(shù)大于4000時的是端流。利用本 實驗裝置可W在不同雷諾數(shù)情況下觀察旋轉(zhuǎn)中翼型周圍的流體流動情況。
[0011] 該裝置通過調(diào)節(jié)機翼旋轉(zhuǎn)速度與機翼旋轉(zhuǎn)角度配合PIV技術，多角度對旋轉(zhuǎn)翼型 附近的流場進行觀察研究，包括其邊界層的研究。
[0012] -種關于旋轉(zhuǎn)翼型設備的實驗裝置，包括水箱、固定支架、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、主圓盤和可 拆卸圓環(huán);固定支架與水箱分離，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)位于固定支架上；
[0013] 所述固定支架包括四根固定桿和四根支撐桿，四根固定桿垂直固定在水平面上， 四根支撐桿連接四根固定桿構(gòu)成一個矩形架;矩形架設有多根移動桿，移動桿與矩形架的 其中兩根支撐桿垂直，移動桿能在與其垂直的兩根支撐桿上自由滑動，四根固定桿的高度 可調(diào);所述固定支架長寬大于水箱，不與水箱直接接觸；
[0014] 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括電機、傳動軸和翼型固定裝置;傳動軸連接電機和翼型固定裝置。傳 動軸可調(diào)節(jié)翼型固定裝置的高度;可調(diào)節(jié)翼型固定裝置與傳動軸垂直，可調(diào)節(jié)翼型固定裝 置上開有多個安裝孔，通過更換翼型固定裝置上不同位置的安裝孔，改變翼型旋轉(zhuǎn)半徑;翼 型通過攻角調(diào)節(jié)裝置與固定裝置上的安裝孔固定連接；電機設置在移動桿上，電機可沿與 移動桿垂直的支撐桿的長度方向自由滑動；
[0015] 上側(cè)主圓盤通過螺栓和螺柱固定在移動桿上，下側(cè)主圓盤通過螺栓和螺柱設置在 水箱底部;上側(cè)主圓盤、下側(cè)主圓盤與傳遞軸同軸設置，翼型設置在上下側(cè)主圓盤之間；上 下側(cè)主圓盤外側(cè)設有可拆卸的圓環(huán)。
[0016] 所述的水箱外側(cè)設有照相機。
[0017] 操作實驗裝置的具體步驟比較簡單，首先選擇確定的翼型，固定好翼型并且調(diào)節(jié) 好設定的攻角;然后確定水箱內(nèi)流體類型，一般建議水箱內(nèi)裝滿水，根據(jù)研究需要的雷諾數(shù) 確定電機轉(zhuǎn)速;布置PIV系統(tǒng);最后開啟電機，當翼型穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)后，通過PIV系統(tǒng)記錄實驗數(shù) 據(jù)。
[001引有益效果：
[0019] 該實驗裝置能夠針對翼型的旋轉(zhuǎn)效應進行實驗觀察，對翼型旋轉(zhuǎn)邊界層的理論研 究提供實驗支持，對于基礎理論研究十分有益。
[0020] 該實驗裝置可W通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)翼型在不同轉(zhuǎn)速下的實驗研究，可W根 據(jù)研究需要更換不同的翼型，可根據(jù)不同實驗研究需求調(diào)節(jié)翼型攻角與葉片旋轉(zhuǎn)半徑，可 W調(diào)節(jié)改變上下圓盤的間距與圓盤直徑，可W調(diào)節(jié)實驗相關參數(shù)從而得到需要的不同流體 雷諾數(shù)的實驗環(huán)境。
[0021] 固定翼型的固定支架與水箱分離，可W避免水箱振動而影響實驗結(jié)果，即避免由 于電機轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的振動作用帶動水箱振動，避免由此產(chǎn)生的實驗誤差?？筛鶕?jù)不同實驗 研究需求調(diào)節(jié)翼型在水箱中的位置與翼型在水箱中的深度。綜上所述，該實驗裝置具有高 度靈活性，滿足相關研究的不同的實驗需求。
【附圖說明】

[0022] 圖1為實驗裝置機構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖3為翼型固定、調(diào)節(jié)裝置；
[0025] 圖4為可變直徑圓盤示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 該裝置通過調(diào)節(jié)機翼旋轉(zhuǎn)速度與機翼旋轉(zhuǎn)角度配合PIV技術，多角度對旋轉(zhuǎn)翼型 附近的流場進行觀察研究，包括其邊界層的研究。
[0027] 假設實驗裝置處于恒溫環(huán)境，當水箱中的流體確定時，流體的密度P與動力黏性系 數(shù)y為恒值。實驗中所用的翼型確定時，翼型弦長d大小也為恒值。此時雷諾數(shù)Re僅由流體速 度V決定，而流體速度V與翼型旋轉(zhuǎn)速度有關，由于翼型壁面的無滑移邊界條件，在本實驗中 可W認為于翼型壁面處的流體速度為翼型旋轉(zhuǎn)的線速度。假設實驗裝置處于恒溫環(huán)境，當 水箱中的流體種類確定時，則本實驗的雷諾數(shù)Re僅由翼型旋轉(zhuǎn)速度決定。利用本實驗裝置 可W通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速在不同翼型旋轉(zhuǎn)速度觀察不同雷諾數(shù)情況下翼型周圍的流體流動 情況，為研究旋轉(zhuǎn)翼型的邊界層理論給予實驗支持。
[00%]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
[0029] 如圖1、圖2所示，一種關于旋轉(zhuǎn)翼型設備的實驗裝置，其特征在于:包括水箱1、固 定支架2、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)3、照相機8、主圓盤7和可拆卸圓環(huán)4;固定支架2與水箱1分離，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)3 位于固定支架2上；
[0030] 所述固定支架2包括四根固定桿和四根支撐桿，四根固定桿垂直固定在水平面上， 四根支撐桿連接四根固定桿構(gòu)成一個矩形架2-1;矩形架2-1設有多根移動桿2-2,移動桿2- 2與矩形架2-1的其中兩根支撐桿垂直，移動桿2-2能在與其垂直的兩根支撐桿上自由滑動， 四根固定桿的高度可調(diào);所述固定支架2長寬大于水箱1，不與水箱直接接觸；
[0031] 如圖3所示，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)3包括電機3-1、傳動軸3-2和翼型固定裝置3-3;傳動軸3-2連 接電機3-1和翼型固定裝置3-3。傳動軸3-2可調(diào)節(jié)翼型固定裝置3-3的高度;可調(diào)節(jié)翼型固 定裝置與傳動軸3-2垂直，可調(diào)節(jié)翼型固定裝置上開有多個安裝孔，通過更換翼型固定裝置 3-3上不同位置的安裝孔，改變翼型旋轉(zhuǎn)半徑；，翼型6通過攻角調(diào)節(jié)裝置與固定裝置3-3上 的安裝孔固定連接；電機3-1設置在移動桿上，電機3-1可沿與移動桿垂直的支撐桿的長度 方向自由滑動；
[0032] 如圖4所示，上側(cè)主圓盤通過螺栓和螺柱固定在移動桿上，下側(cè)主圓盤通過螺栓和 螺柱設置在水箱底部;上側(cè)主圓盤、下側(cè)主圓盤與傳遞軸同軸設置，翼型設置在上下側(cè)主圓 盤之間；上下側(cè)主圓盤外側(cè)設有可拆卸的圓環(huán)4。
[0033] 所述的水箱外側(cè)設有照相機。
[0034] 操作實驗裝置的具體步驟包括：
[0035] 1選擇確定的翼型，根據(jù)需要的旋轉(zhuǎn)半徑固定好翼型并且調(diào)節(jié)好需要的葉片攻角；
[0036] 2根據(jù)葉片弦長與攻角確定實驗需要的上下圓盤直徑，然后安裝符合實驗需求的 上下圓環(huán)；
[0037] 3根據(jù)葉片沿展向長度確定上下圓盤的間距，通過可升降圓盤固定裝置調(diào)節(jié)下圓 盤在水箱中的位置使上下圓盤的間距滿足實驗需求；
[0038] 4確定水箱內(nèi)流體類型，一般建議水箱內(nèi)裝滿水，然后根據(jù)研究需要的雷諾數(shù)確定 電機轉(zhuǎn)速；
[0039] 5布置PIV系統(tǒng)；
[0040] 6啟動電機，當翼型穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)后，通過PIV系統(tǒng)記錄實驗數(shù)據(jù)。
[0041] 其中PIV測量基本步驟為：
[0042] 1開啟系統(tǒng)，檢查激光、CCD照相機、軟件啟動是否正常；
[0043] 2預估測試區(qū)域的主流速度(根據(jù)電機轉(zhuǎn)速）；
[0044] 3設定兩脈沖時間間隔和脈沖延遲時間；
[0045] 4加入示蹤粒子；
[0046] 5采集圖像，實現(xiàn)跨帖測量；
[0047] 6得到一定結(jié)果后。調(diào)節(jié)光片參數(shù)、照相機放大率、光圈和粒子濃度等參數(shù)提供圖 像質(zhì)量；
[0048] 7調(diào)試結(jié)束后，采集實驗數(shù)據(jù)，拍攝標尺圖像，進行后處理。
【主權項】
1. 關于旋轉(zhuǎn)翼型設備的實驗裝置，其特征在于:包括水箱、固定支架、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、主圓盤 和可拆卸圓環(huán);固定支架與水箱分離，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)位于固定支架上； 所述固定支架包括四根固定桿和四根支撐桿，四根固定桿垂直固定在水平面上，四根 支撐桿連接四根固定桿構(gòu)成一個矩形架;矩形架設有多根移動桿，移動桿與矩形架的其中 兩根支撐桿垂直，移動桿能在與其垂直的兩根支撐桿上自由滑動，四根固定桿的高度可調(diào)； 所述固定支架長寬大于水箱，不與水箱直接接觸； 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括電機、傳動軸和翼型固定裝置;傳動軸連接電機和翼型固定裝置;傳動軸 可調(diào)節(jié)翼型固定裝置的高度;可調(diào)節(jié)翼型固定裝置與傳動軸垂直，可調(diào)節(jié)翼型固定裝置上 開有多個安裝孔，通過更換翼型固定裝置上不同位置的安裝孔，改變翼型旋轉(zhuǎn)半徑;翼型通 過攻角調(diào)節(jié)裝置與固定裝置上的安裝孔固定連接；電機設置在移動桿上，電機可沿與移動 桿垂直的支撐桿的長度方向自由滑動； 上側(cè)主圓盤設置在移動桿上，下側(cè)主圓盤設置在水箱底部;上側(cè)主圓盤、下側(cè)主圓盤與 傳遞軸同軸設置，翼型設置在上下側(cè)主圓盤之間；上下側(cè)主圓盤外側(cè)設有可拆卸的圓環(huán)； 所述的水箱外側(cè)設有照相機。2. 根據(jù)權利要求1所述的關于旋轉(zhuǎn)翼型設備的實驗裝置，其特征在于:所述的上側(cè)主圓 盤通過螺栓和螺柱固定在移動桿上。3. 根據(jù)權利要求1所述的關于旋轉(zhuǎn)翼型設備的實驗裝置，其特征在于:下側(cè)主圓盤通過 螺栓和螺柱設置在水箱底部。
【文檔編號】G01M10/00GK205719472SQ201620347348
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】李哲弘, 竇華書, 楊徽, 許文倩
【申請人】浙江理工大學