一種低壓空間射流piv測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置，適用于利用Piv技術(shù)進(jìn)行液體測(cè)速技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]PIV (Particle Image Velocimetry)技術(shù)，即粒子圖像測(cè)速技術(shù)，是光學(xué)測(cè)速技術(shù)的一種。相比較于以往的測(cè)速手段，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)二維瞬態(tài)流場(chǎng)的測(cè)量。它能夠提供瞬時(shí)整個(gè)流場(chǎng)的定量信息，具有極高的空間分辨率和很好的精度，同時(shí)還具有不干擾被測(cè)流場(chǎng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]空間自由射流流場(chǎng)的研宄是一個(gè)古老的課題，它存在于多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，如燃油的霧化燃燒、燃料的霧化噴漆、農(nóng)藥的霧化噴灑等，以上射流均為高壓短距噴灑。而在農(nóng)業(yè)灌溉方面，噴灌射流為低壓高揚(yáng)程噴灑。自由射流是一種復(fù)雜的兩相流動(dòng)，相比較于高壓下射流的直接霧化，噴灌低壓射流噴灑時(shí)發(fā)生射流破碎、水滴形成和運(yùn)動(dòng)，射流特性尤為復(fù)雜，其噴灑狀態(tài)直接影響到水流對(duì)作物的打擊強(qiáng)度、蒸發(fā)及灌水效率，因此必須對(duì)低壓射流進(jìn)行空間水流的測(cè)速。中國(guó)專利第CN202926660U號(hào)公布了一種“一種用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置”，它主要針對(duì)PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行改進(jìn)，但它的改進(jìn)條件是基于離心泵的內(nèi)流場(chǎng)測(cè)試。其中模型泵屬于封閉部件，帶有示蹤粒子的流體直接在泵內(nèi)部流動(dòng)，因此測(cè)試時(shí)可直接在模型泵表面設(shè)有標(biāo)定尺。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拍攝準(zhǔn)確度高。但該結(jié)構(gòu)適用于封閉式模型內(nèi)部測(cè)試，對(duì)于遠(yuǎn)程空間射流測(cè)試時(shí)，無法精準(zhǔn)的設(shè)定標(biāo)定尺。中國(guó)專利第CN 203824731U號(hào)公布了一種“一種小尺寸PIV流場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中示蹤粒子布撒裝置”，通過儲(chǔ)液罐、供氣氣源、穩(wěn)壓罐、加壓氣源和視盅來持續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)生示蹤粒子，粒徑可調(diào)，粒子質(zhì)量好。但是它是針對(duì)小尺寸流場(chǎng)測(cè)試，且未實(shí)現(xiàn)示蹤粒子濃度的可調(diào)性。因此，針對(duì)上述不足，本專利公開了一種適合農(nóng)業(yè)噴灌的低壓高揚(yáng)程射流非接觸測(cè)速的試驗(yàn)裝置，滿足了觀測(cè)區(qū)域可變、示蹤粒子濃度可調(diào)的條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于利用PIV技術(shù)測(cè)量時(shí)，解決由于低壓空間射流射程太遠(yuǎn)，不能利用相機(jī)拍攝射流全部噴射射程的技術(shù)問題，同時(shí)避免因示蹤粒子濃度不均而不能進(jìn)行光學(xué)測(cè)速的技術(shù)問題，為研宄低壓射流的空間破碎、水滴形成和噴頭噴灑均勻性研宄提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置，包括出水主管，所述出水主管的出水端設(shè)有噴頭，所述出水主管上依次安裝有第一流量計(jì)、第一閥門、第二閥門和壓力表，所述第二閥門的兩端分別連通有出水支管，所述出水支管與混合示蹤粒子攪拌機(jī)相連；所述噴頭的兩側(cè)分別設(shè)有可移式黑幕和攝影儀，所述攝影儀與計(jì)算機(jī)相連。
[0006]上述方案中，所述混合示蹤粒子攪拌機(jī)上安裝有進(jìn)水支管，所述進(jìn)水支管上依次安裝有第三閥門和第二流量計(jì)，所述進(jìn)水支管和所述第二閥門的兩端的出水支管通過文丘里管連通。
[0007]上述方案中，所述噴頭的下端安裝有回水槽，所述回水槽末端通過回水管與水箱連通。
[0008]上述方案中，所述回水槽的槽壁上安裝有標(biāo)尺。
[0009]優(yōu)選的，所述回水槽通過第一支架固定在地面上。
[0010]優(yōu)選的，所述攝影儀通過第二支架支撐在地面上。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述攝影儀也可以通過可移動(dòng)小車支撐在地面上。
[0012]本發(fā)明的使用方法:將混合示蹤粒子攪拌機(jī)中一定濃度的混有示蹤粒子的水與進(jìn)水主管中的清水在管路中混合，得到一定濃度的帶有示蹤粒子的水進(jìn)行試驗(yàn)。通過第二閥門調(diào)節(jié)出水支管兩端壓差將帶有示蹤粒子水吸入主管路，并通過調(diào)節(jié)第三閥門的開度來調(diào)節(jié)吸上水量從而調(diào)節(jié)示蹤粒子濃度。通過進(jìn)水主管上的第一閥門控制噴頭的射流流量和壓力。由于射流整體區(qū)域拍攝的困難，將根據(jù)攝影儀的最佳拍攝范圍確定與射流的最佳垂直距離，通過水平方向調(diào)節(jié)可移式黑幕和水平方向移動(dòng)支架(或可移式小車)調(diào)節(jié)攝影儀位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)射流不同拍攝區(qū)域進(jìn)行拍攝，水平移動(dòng)距離可參照標(biāo)尺刻度，移動(dòng)距離大小由每段射流流速梯度的連接性確定，噴頭射出的水流通過回水槽回收到水箱。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于對(duì)噴灌低壓高揚(yáng)程射流進(jìn)行光學(xué)測(cè)速，并實(shí)現(xiàn)流體中示蹤粒子的濃度可調(diào)性，拍攝區(qū)域可調(diào)性及拍攝位置準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)。
[0014]【附圖說明】:
圖1為低壓空間射流PIV試驗(yàn)裝置主視圖。
[0015]圖2為圖1中的A向示意圖。
[0016]圖中，1.進(jìn)水主管，2.水泵，3.出水主管，4.第一流量計(jì)，5.第一閥門，6.三通，7.第二閥門，8.混合示蹤粒子攪拌機(jī)，9.第一支架，10.回水槽，11.壓力表，12.標(biāo)尺，13.噴頭，14.可移式黑幕，15.攝影儀，16.第二支架，17.計(jì)算機(jī)，18.回水管，19.水箱，20.進(jìn)水支管，21.第三閥門，22.第二流量計(jì)，23.文丘里管，24.出水支管。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例中的低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置，主要包括供水回路、示蹤粒子調(diào)節(jié)回路以及便移式PIV裝置。供水回路包括水泵2、清水出水主管3、第一閥門5、第二閥門7、第一流量計(jì)4、壓力表11和噴頭13 ;水泵2上裝有進(jìn)水主管I和出水主管3，出水主管路3水平方向上設(shè)有第一流量計(jì)4、第一閥門5和第二閥門7，垂直方向上設(shè)有壓力表11和噴頭13。
[0018]示蹤粒子調(diào)節(jié)回路包括進(jìn)水支管20、出水支管24、文丘里管23、第三閥門21、第二流量計(jì)22和混合示蹤粒子攪拌機(jī)8 ;混合示蹤粒子攪拌機(jī)8與進(jìn)水支管20相連，進(jìn)水支管20上設(shè)有第三閥門21和第二流量計(jì)22，文丘里管23與進(jìn)水支管20和出水支管24相連接，出水支管24通過三通6連接在第二閥門7的兩側(cè)。
[0019]便移式PIV裝置包括可移式黑幕14、回水槽10、標(biāo)尺12、攝影儀15和計(jì)算機(jī)17 ;回水槽10放置于噴頭13下方，由第一支架9支撐，回水槽10的槽壁上水平安裝有標(biāo)尺12，可移式黑幕14和攝影儀15分別放置于噴頭13的兩側(cè)，安放位置與標(biāo)尺12對(duì)齊，攝影儀15由第二支架16或者可移動(dòng)小車支撐，回水槽10與回水管18連接，同時(shí)回水管18連接入水箱19。
[0020]低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置工作過程為:首先開啟水泵2，打開第一閥門5和第二閥門7，關(guān)閉第三閥門21，清水進(jìn)入主管路并通過噴頭13噴出。在混合示蹤粒子攪拌機(jī)8中將示蹤粒子混合均勻，打開第三閥門21將混有示蹤粒子液體由進(jìn)水支管20和出水支管24進(jìn)入出水主管3，示蹤粒子液體在主管路3中和清水混合均勻再由噴頭13噴出。通過調(diào)節(jié)第二閥門7的開度調(diào)節(jié)出水主管3的射流流量和壓力，以及控制示蹤粒子液體的吸上量，其中示蹤粒子液體的吸上流量值和主管路射流流量分別由第二流量計(jì)22和第一流量計(jì)4讀出，示蹤粒子的濃度將由示蹤粒子液體的吸上量與主管清水流量的比值確定。
[0021]本實(shí)施例中，出水主管3的射流壓力工作范圍為0.2MPa~0.4MPa，優(yōu)選地，當(dāng)射流工作壓力為0.2MPa時(shí)，噴頭13的出口流速為17m/s。隨著射流水平距離的增大，射流流速呈梯度減小，實(shí)驗(yàn)中參照標(biāo)尺12刻度水平調(diào)節(jié)攝影儀15和可移式黑幕14的位置進(jìn)行分段區(qū)域拍攝測(cè)速，為了和射流流速梯度的銜接性對(duì)應(yīng)，需要不斷調(diào)整攝影儀15的水平移動(dòng)距離，本實(shí)施例中，第一段拍攝流速梯度為17m/s -15 m/s時(shí)，攝影儀拍攝范圍為0~30cm;進(jìn)行第二段拍攝時(shí)，通過調(diào)整攝影儀的水平距離，最終水平移動(dòng)攝影儀30cm時(shí)，得到第二段拍攝流速梯度為15m/s -13 m/s，以此類推進(jìn)行后續(xù)幾段射流流速的測(cè)量。最終，噴射于空間的流體經(jīng)過回水槽10由回水管18流回水箱19。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置，包括出水主管(3)，所述出水主管(3)的出水端設(shè)有噴頭(13)，其特征在于，所述出水主管(3)上依次安裝有第一流量計(jì)(4)、第一閥門(5)、第二閥門(7)和壓力表(11)，所述第二閥門(7)的兩端分別連通有出水支管(24)，所述出水支管(24)與混合示蹤粒子攪拌機(jī)(8)相連；所述噴頭(13)的兩側(cè)分別設(shè)有可移式黑幕(14)和攝影儀(15)，所述攝影儀(15)與計(jì)算機(jī)(17)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述混合示蹤粒子攪拌機(jī)(8 )上安裝有進(jìn)水支管(20 )，所述進(jìn)水支管(20 )上依次安裝有第三閥門(21)和第二流量計(jì)(22)，所述進(jìn)水支管(20)和所述第二閥門(7)的兩端的出水支管(24)通過文丘里管(23)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述噴頭(13)的下端安裝有回水槽(10)，所述回水槽(10)末端通過回水管(18)與水箱(19)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述回水槽(10)的槽壁上安裝有標(biāo)尺(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述回水槽(10 )通過第一支架(9 )固定在地面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述攝影儀(15 )通過第二支架(16 )支撐在地面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述攝影儀(15)通過可移動(dòng)小車支撐在地面上。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低壓空間射流PIV測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置，包括出水主管，所述出水主管的出水端設(shè)有噴頭，所述出水主管上依次安裝有第一流量計(jì)、第一閥門、第二閥門和壓力表，所述第二閥門的兩端分別連通有出水支管，所述出水支管與混合示蹤粒子攪拌機(jī)相連；所述噴頭的兩側(cè)分別設(shè)有可移式黑幕和攝影儀，所述攝影儀與計(jì)算機(jī)相連。本發(fā)明試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于對(duì)噴灌低壓高揚(yáng)程射流進(jìn)行光學(xué)測(cè)速，并實(shí)現(xiàn)流體中示蹤粒子的濃度可調(diào)性，拍攝區(qū)域可調(diào)性及拍攝位置準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01P5-20
【公開號(hào)】CN104535795
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410763290
【發(fā)明人】李紅, 蔣躍, 陳超, 王杰, 湯攀, 鄒晨海, 劉興發(fā)
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月12日