本發(fā)明屬于船舶與水下航行器工程、水利水電工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及附著型空化流體實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

背景技術(shù)：

附著型空化流體流動涉及到湍流、動量和質(zhì)量交換、可壓縮性和非定常等幾乎所有的復(fù)雜流動現(xiàn)象，這使得附著型非定?？栈黧w內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。隨著附著型空化流體內(nèi)部含氣率的增加，空化流體的聲速會顯著降低，一定工況下會導(dǎo)致激波結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，已有學(xué)者對激波誘導(dǎo)附著型空穴斷裂及脫落的機(jī)制進(jìn)行研究。而此項(xiàng)工作的難點(diǎn)在于激波結(jié)構(gòu)的捕捉與觀察，因此，開展此項(xiàng)工作亟需發(fā)明新的研究手段。

由于空化現(xiàn)象的復(fù)雜性，實(shí)驗(yàn)研究一直是推動人們對空化流動機(jī)理認(rèn)識的基本方法，空化流動的常規(guī)研究設(shè)備主要有高速全流場顯示技術(shù)、粒子測速技術(shù)(PIV)、激光多普勒測速(LDV)、激光誘導(dǎo)熒光(LIF)和微小型傳感器。先進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段的出現(xiàn)，推動著人們對空化現(xiàn)象認(rèn)識的深入，例如，北京理工大學(xué)的王國玉等分別采用高速攝像技術(shù)和粒子測速技術(shù)(PIV)研究了繞翼型和回轉(zhuǎn)體的空穴形態(tài)演變過程以及空化流動的速度場。但由于高速攝像技術(shù)是針對空化流體整體形態(tài)演變進(jìn)行觀察，因而無法精確捕捉空化流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如激波結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種同步獲取非定?？栈鲃拥南喾植紙?空穴形態(tài))、速度場(速度測量)、壓力場(壁面壓強(qiáng)測量)和空化流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)(激波結(jié)構(gòu))的裝置及方法，解決現(xiàn)有測量設(shè)備無法精確捕捉空化流體內(nèi)部激波結(jié)構(gòu)的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種附著型非定常空化流體內(nèi)部激波結(jié)構(gòu)捕捉裝置，它包括：實(shí)驗(yàn)平臺，高速全流場顯示子系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)，粒子圖像測速子系統(tǒng)，壓力測量子系統(tǒng)和同步觸發(fā)子系統(tǒng)；

實(shí)驗(yàn)平臺包括：在閉式循環(huán)水洞中供附著型空化流體演化和觀察的試驗(yàn)段，設(shè)置在試驗(yàn)段中的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，包圍試?yàn)段上下和側(cè)面的觀測用透明有機(jī)玻璃；

高速全流場顯示子系統(tǒng)包括：用于拍攝試驗(yàn)段全流場的第一高速相機(jī)，為第一高速相機(jī)拍攝提供照明的鏑燈，記錄、顯示第一高速相機(jī)所拍攝圖像的第一電腦主機(jī)和第一顯示器；

內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)包括：設(shè)置在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)部的內(nèi)窺鏡和為其提供照明的光源，拍攝內(nèi)窺鏡觀測圖像的CCD相機(jī)，控制光源工作的照明系統(tǒng)，記錄、顯示CCD相機(jī)所拍攝圖像的第二電腦主機(jī)和第二顯示器；

粒子圖像測速子系統(tǒng)包括：激光發(fā)生器，在實(shí)驗(yàn)平臺縱向投射激光片的激光導(dǎo)臂，拍攝粒子流經(jīng)激光片圖像的第二高速相機(jī)，記錄、顯示第二高速相機(jī)所拍攝圖像并進(jìn)行測速的第三電腦主機(jī)和第三顯示器；

壓力測量子系統(tǒng)包括：在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)部縱向分布的多個(gè)壓力傳感器，接收和處理多個(gè)壓力傳感器輸出信號的信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集卡、第四電腦主機(jī)和第四顯示器；

同步觸發(fā)子系統(tǒng)包括：控制高速全流場顯示子系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)，粒子圖像測速子系統(tǒng)和壓力測量子系統(tǒng)同步工作的同步開關(guān)。

一種附著型非定?？栈黧w內(nèi)部激波結(jié)構(gòu)捕捉方法，它使用如上所述的附著型非定?？栈黧w內(nèi)部激波結(jié)構(gòu)捕捉裝置，并包括以下步驟：

A.調(diào)節(jié)流動參數(shù)，使閉式循環(huán)水洞中的試驗(yàn)段內(nèi)產(chǎn)生空化流動；

B.分別啟動高速全流場顯示子系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)，粒子圖像測速子系統(tǒng)和壓力測量子系統(tǒng)，分別設(shè)置第一高速相機(jī)、第二高速相機(jī)、CCD相機(jī)、粒子圖像測速和壓力測量的采集頻率以及采集時(shí)間長度；使高速全流場顯示子系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)，粒子圖像測速子系統(tǒng)和壓力測量子系統(tǒng)處于等待觸發(fā)狀態(tài)；

C.從透明有機(jī)玻璃觀察試驗(yàn)段中附著型空化流體狀態(tài)，當(dāng)觀察到激波結(jié)構(gòu)發(fā)生條件時(shí)觸發(fā)同步開關(guān)；高速全流場顯示子系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)，粒子圖像測速子系統(tǒng)和壓力測量子系統(tǒng)被同步觸發(fā)，各子系統(tǒng)采集的圖像信息和壓力脈動數(shù)據(jù)分別存儲至各自連接的電腦主機(jī)；

D.對同步采集的圖像信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行多工況采集；

E.結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

有益效果：本發(fā)明能夠結(jié)合多種實(shí)驗(yàn)測量設(shè)備，對空化流體進(jìn)行實(shí)時(shí)同步觀察與測量，實(shí)現(xiàn)對附著型非定常空化流體多場耦合的內(nèi)部復(fù)雜激波結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的研究。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明裝置部分中實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的剖視圖；

圖4為本發(fā)明方法部分的流程圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，參見附圖，附著型非定?？栈黧w內(nèi)部激波結(jié)構(gòu)捕捉裝置，它包括：實(shí)驗(yàn)平臺，高速全流場顯示子系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)，粒子圖像測速子系統(tǒng)，壓力測量子系統(tǒng)和同步觸發(fā)子系統(tǒng)；

實(shí)驗(yàn)平臺包括：在閉式循環(huán)水洞中供附著型空化流體流經(jīng)的試驗(yàn)段5，設(shè)置在試驗(yàn)段5中的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?5，包圍試驗(yàn)段5上下和側(cè)面的觀測用透明有機(jī)玻璃3；

高速全流場顯示子系統(tǒng)包括：用于拍攝試驗(yàn)段5全流場的第一高速相機(jī)17，為第一高速相機(jī)17拍攝提供照明的鏑燈25，26，記錄、顯示第一高速相機(jī)17所拍攝圖像的第一電腦主機(jī)16和第一顯示器24；

內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)包括：設(shè)置在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?5內(nèi)部的內(nèi)窺鏡19和為其提供照明的光源18，拍攝內(nèi)窺鏡19觀測圖像的CCD相機(jī)20，控制光源18工作的照明系統(tǒng)21，記錄、顯示CCD相機(jī)20所拍攝圖像的第二電腦主機(jī)22和第二顯示器23；

粒子圖像測速子系統(tǒng)包括：激光發(fā)生器4，在實(shí)驗(yàn)平臺縱向投射激光片2的激光導(dǎo)臂1，拍攝粒子流經(jīng)激光片2圖像的第二高速相機(jī)6，記錄、顯示第二高速相機(jī)6所拍攝圖像并進(jìn)行測速的第三電腦主機(jī)7和第三顯示器8；

壓力測量子系統(tǒng)包括：在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?5內(nèi)部縱向分布的壓力傳感器10，接收和處理壓力傳感器10輸出信號的信號調(diào)理器11、數(shù)據(jù)采集卡12、第四電腦主機(jī)13和第四顯示器14；

同步觸發(fā)子系統(tǒng)包括：控制高速全流場顯示子系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)，粒子圖像測速子系統(tǒng)和壓力測量子系統(tǒng)同步工作的同步開關(guān)9。

上述方案中，第一高速相機(jī)17和第二高速相機(jī)6安裝時(shí)需要采用橡膠隔震墊和海綿隔震墊雙重隔震措施。

參見附圖2、3，進(jìn)一步的，為方便試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?5為三棱柱結(jié)構(gòu)，壓力傳感器10、光源18、內(nèi)窺鏡19設(shè)置在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?5斜面的安裝孔內(nèi)，其中光源(18)、內(nèi)窺鏡19所在的安裝孔內(nèi)設(shè)有玻璃窗15-1以及用于擴(kuò)大視野的錐形槽15-2。

實(shí)施例2，參見附圖4附著型非定?？栈黧w內(nèi)部激波結(jié)構(gòu)捕捉方法，它使用如實(shí)施例11所述的附著型非定?？栈黧w內(nèi)部激波結(jié)構(gòu)捕捉裝置，并包括以下步驟：

A.調(diào)節(jié)流動參數(shù)，使閉式循環(huán)水洞中的試驗(yàn)段內(nèi)產(chǎn)生空化流動；

B.分別啟動高速全流場顯示子系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)，粒子圖像測速子系統(tǒng)和壓力測量子系統(tǒng)，分別設(shè)置第一高速相機(jī)17、第二高速相機(jī)6、CCD相機(jī)20、粒子圖像測速和壓力測量的采集頻率以及采集時(shí)間長度；使高速全流場顯示子系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)，粒子圖像測速子系統(tǒng)和壓力測量子系統(tǒng)處于等待觸發(fā)狀態(tài)；

C.從透明有機(jī)玻璃3觀察試驗(yàn)段中附著型空化流體狀態(tài)，當(dāng)觀察到激波結(jié)構(gòu)發(fā)生條件時(shí)觸發(fā)同步開關(guān)9；高速全流場顯示子系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡顯示子系統(tǒng)，粒子圖像測速子系統(tǒng)和壓力測量子系統(tǒng)被同步觸發(fā)，各子系統(tǒng)采集的圖像信息和壓力脈動數(shù)據(jù)分別存儲至各自連接的電腦主機(jī)；

D.對同步采集的圖像信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集；如果需要繼續(xù)測量，重復(fù)B-C步驟；

E.結(jié)束實(shí)驗(yàn)。