本發(fā)明涉及一種適用于多場耦合條件下的小孔射流測速實驗裝置。

背景技術(shù)：

空間射流技術(shù)存在于涉及航空、船泊、車輛、機械等多個工業(yè)領(lǐng)域，理論和應(yīng)用方面的研究都還不充分，尤其是多個物理場耦合條件下的流場特性，如高端鋁帶材、銅板帶材、超薄物理鋼化玻璃生產(chǎn)中的內(nèi)部流場。目前還沒有專門適合多場耦合條件下小孔射流的測速實驗裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)中無法實時觀測實際工況中熱流固耦合場中的小孔射流的技術(shù)問題，提供一種適用于多場耦合條件下的小孔射流測速實驗裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中不能對多場耦合條件下小孔射流的測速的缺陷。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種適用于多場耦合條件下的小孔射流測速實驗裝置，包括支架、高溫循環(huán)風(fēng)機、PIV系統(tǒng)以及角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置在支架的下方并帶動支架做前后擺動；

所述支架上設(shè)置有可做上下運動的上氣倉和下氣倉，所述上氣倉上端經(jīng)上主進風(fēng)管與高溫循環(huán)風(fēng)機連通，所述上氣倉的下端設(shè)置上氣孔板，所述下氣倉的下端經(jīng)下主進風(fēng)管與高溫循環(huán)風(fēng)機連通，所述下氣倉的上端設(shè)置有下氣孔板；

所述上氣倉和下氣倉上下相對設(shè)置，所述上氣孔板和下氣孔板之間形成觀察區(qū)，所述觀察區(qū)的左右兩側(cè)分別形成進料口和出料口；所述PIV系統(tǒng)位于觀察區(qū)前側(cè)，所述PIV系統(tǒng)包括可做XYZ三向位置調(diào)節(jié)的PIV數(shù)字相機和雙脈沖激光器， PIV數(shù)字相機對準(zhǔn)觀察區(qū)，樣品在觀察區(qū)內(nèi)移動時實現(xiàn)對不同小孔射流區(qū)域的拍攝。

進一步的，所述上氣倉內(nèi)設(shè)置有上篩板，所述上篩板將上氣倉分隔成上均流腔和上儲氣腔，所述上主進風(fēng)管與上均流腔連通，所述上氣孔板設(shè)置在上儲氣腔的下端，所述上均流腔內(nèi)設(shè)置有上加熱單元；

所述下氣倉內(nèi)設(shè)置有下篩板，所述下篩板將下氣倉分隔成下均流腔和下儲氣腔，所述下主進風(fēng)管與下均流腔連通，所述下氣孔板設(shè)置在下儲氣腔的上端，所述下均流腔內(nèi)設(shè)置有下加熱單元。

進一步的，所述觀察區(qū)的前側(cè)和后側(cè)各設(shè)置有透明觀察板，兩塊透明觀察板固定在支架上，后側(cè)透明觀察板上設(shè)置有多根用于對觀察區(qū)進行抽吸的出風(fēng)分流管，所述出風(fēng)分流管與風(fēng)機主出風(fēng)管連接，所述風(fēng)機主出風(fēng)管與高溫循環(huán)風(fēng)機連接。

進一步的，所述觀察區(qū)的后側(cè)設(shè)置有用于帶動樣品在觀察倉內(nèi)水平直線運動的水平傳動系統(tǒng)，所述水平傳動系統(tǒng)包括多個邊部摩擦輪、多個傳動滾輪、多個皮帶輪、多個傳送帶、水平傳動軸、多個豎向傳動軸、兩個帶座外球面球軸承；

所述水平傳動軸的兩端經(jīng)帶座外球面球軸承設(shè)置在支架上，各豎向傳動軸與支架形成轉(zhuǎn)動配合，各邊部摩擦輪分別設(shè)置在各豎向傳動軸的上端，各邊部摩擦輪位于觀察區(qū)的后側(cè)并與透明觀察板呈相對設(shè)置，各傳動滾輪分別設(shè)置在各豎向傳動軸的下端，各皮帶輪分別設(shè)置在水平傳動軸上，各傳動帶分別連接傳動滾輪和皮帶輪，所述水平傳動軸上設(shè)置有齒輪，所述齒輪與外部鏈條連接。

進一步的，所述上氣倉和下氣倉分別設(shè)置在線性滑軌上，所述上氣倉和下氣倉分別經(jīng)線性滑軌移動設(shè)置在支架上，通過線性滑軌調(diào)節(jié)上氣倉和下氣倉之間的觀察倉的大小。

進一步的，所述上氣倉上設(shè)置有用于調(diào)整上氣倉內(nèi)高溫氣流的流量和示蹤粒子的濃度的上閥門；

所述下氣倉上設(shè)置有用于調(diào)整下氣倉內(nèi)高溫氣流的流量和示蹤粒子的濃度的下閥門。

進一步的，所述的PIV系統(tǒng)還包括相機調(diào)整架以及光源調(diào)整架，所述的PIV數(shù)字相機設(shè)置在相機調(diào)整架上，所述雙脈沖激光器光源設(shè)置在光源調(diào)整架上；

所述的相機調(diào)整架包括相機X向直線滑臺、相機Y向直線滑臺、相機Z向直線滑臺和相機導(dǎo)軌，所述相機Y向直線滑臺和相機導(dǎo)軌平行設(shè)置在支架上，所述相機X向直線滑臺一端與相機Y向直線滑臺連接，相機Y向直線滑臺的另一端與相機導(dǎo)軌移動配合，所述相機Z向直線滑臺豎向設(shè)置在相機X向直線滑臺上，所述PIV數(shù)字相機設(shè)置在相機Z向直線滑臺上；

所述光源調(diào)整架包括光源X向直線滑臺、光源Y向直線滑臺、光源Z向直線滑臺和光源導(dǎo)軌，所述光源Y向直線滑臺和光源導(dǎo)軌平行設(shè)置在支架上，所述光源X向直線滑臺一端與光源Y向直線滑臺連接，光源Y向直線滑臺的另一端與光源導(dǎo)軌移動配合，所述光源Z向直線滑臺豎向設(shè)置在光源X向直線滑臺上，所述雙脈沖激光器光源設(shè)置在光源Z向直線滑臺上。

進一步的，所述角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括底座、鉸鏈、電機以及電動推桿，所述支架后端通過鉸鏈和地面連接形成轉(zhuǎn)動副，所述電機和電動推桿連接，所述電動推桿豎直設(shè)置在底座上，所述電動推桿向上推動支架前端用來調(diào)節(jié)支架（8）與鉛垂線的傾斜角。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明實驗裝置簡單，用于模擬多個工業(yè)領(lǐng)域中熱流固多場耦合條件下的小孔射流測速，并實現(xiàn)流體中示蹤粒子的回收利用，具有拍攝區(qū)域可調(diào)性、實驗參數(shù)多樣性及拍攝位置準(zhǔn)確性等優(yōu)點。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1為本發(fā)明的裝置示意圖；

圖2為上氣倉、觀察區(qū)、下氣倉裝配主視圖剖視示意圖；

圖3為PIV系統(tǒng)示意圖；

圖4為水平傳動系統(tǒng)主視圖；

圖5為水平傳動系統(tǒng)左視圖；

其中， 1、高溫循環(huán)風(fēng)機，2、水平傳動系統(tǒng)，3、上氣倉，4、觀察區(qū)，5、PIV系統(tǒng)，6、下氣倉，7、角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，8、支架，9、上主進風(fēng)管，10、上加熱單元，11、上均流腔，12、上篩板，13、上儲氣腔，14、上氣孔板，15、下氣孔板，16、下儲氣腔，17、下篩板，18、下加熱單元，19、下均流腔，20、下主進風(fēng)管，21、出風(fēng)分流管，22、光源Z向直線滑臺，23、光源X向直線滑臺，24、雙脈沖激光器光源，25、光源導(dǎo)軌，26、相機導(dǎo)軌，27、相機Y向直線滑臺，28、相機X向直線滑臺，29、PIV數(shù)字相機，30、相機Z向直線滑臺，31、光源Y向直線滑臺，32、邊部摩擦輪，33、傳動滾輪，34、水平傳動軸、35、齒輪，36、帶座外球面球軸承，37、豎向傳動軸，38、皮帶輪。

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1至圖5所示，一種適用于多場耦合條件下的小孔射流測速實驗裝置，包括支架8、高溫循環(huán)風(fēng)機1、PIV系統(tǒng)5以及角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)7，角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)7設(shè)置在支架8的下方并帶動支架8做前后擺動。

支架8上設(shè)置有可做上下運動的上氣倉3和下氣倉6，具體的，上氣倉3和下氣倉6分別設(shè)置在線性滑軌上，上氣倉3和下氣倉6分別經(jīng)線性滑軌移動設(shè)置在支架8上，通過線性滑軌調(diào)節(jié)上氣倉3和下氣倉6之間的觀察倉的大小。上氣倉3與下氣倉6平行對置，間距通過線性滑軌可調(diào)，可調(diào)范圍為0~40mm，精度為1mm。

上氣倉3上端經(jīng)上主進風(fēng)管9與高溫循環(huán)風(fēng)機1連通，上氣倉3的下端設(shè)置上氣孔板14，下氣倉6的下端經(jīng)下主進風(fēng)管20與高溫循環(huán)風(fēng)機1連通，下氣倉6的上端設(shè)置有下氣孔板。

上氣倉3和下氣倉6上下相對設(shè)置，上氣孔板14和下氣孔板15之間形成觀察區(qū)4，觀察區(qū)4的左右兩側(cè)分別形成進料口和出料口；作業(yè)時，樣品從進料口移入觀察區(qū)4，然后慢慢從出料口移出。PIV系統(tǒng)5位于觀察區(qū)4前側(cè)，PIV系統(tǒng)5包括可做XYZ三向位置調(diào)節(jié)的PIV數(shù)字相機29和雙脈沖激光器24， PIV數(shù)字相機29對準(zhǔn)觀察區(qū)4，樣品在觀察區(qū)4內(nèi)移動時PIV數(shù)字相機29實現(xiàn)對不同小孔射流區(qū)域的拍攝。

上氣倉3內(nèi)設(shè)置有上篩板12，上篩板12將上氣倉3分隔成上均流腔11和上儲氣腔13，上主進風(fēng)管9與上均流腔11連通，上氣孔板14設(shè)置在上儲氣腔13的下端，上均流腔11內(nèi)設(shè)置有上加熱單元10；下氣倉6內(nèi)設(shè)置有下篩板17，下篩板17將下氣倉6分隔成下均流腔19和下儲氣腔16，下主進風(fēng)管20與下均流腔19連通，下氣孔板15設(shè)置在下儲氣腔16的上端，下均流腔19內(nèi)設(shè)置有下加熱單元18。上加熱單元10可分級控制，上均流倉內(nèi)溫度調(diào)控范圍為200℃~700℃，誤差為±5℃。下加熱單元18可分級控制，下均流倉內(nèi)溫度調(diào)控范圍為200℃~700℃，誤差為±5℃?？刂粕霞訜釂卧?0和下加熱單元18的分級溫控器實現(xiàn)熱氣流的實驗溫度為650±5℃，使樣品懸浮在在觀察區(qū)4的相應(yīng)高度水平運動并加熱。

并且，上氣倉3上設(shè)置有用于調(diào)整上氣倉3內(nèi)高溫氣流的流量和示蹤粒子的濃度的上閥門；下氣倉6上設(shè)置有用于調(diào)整下氣倉6內(nèi)高溫氣流的流量和示蹤粒子的濃度的下閥門。

觀察區(qū)4的前側(cè)和后側(cè)各設(shè)置有透明觀察板，兩塊透明觀察板固定在支架8上，后側(cè)透明觀察板上設(shè)置有多根用于對觀察區(qū)4進行抽吸的出風(fēng)分流管21，出風(fēng)分流管21與風(fēng)機主出風(fēng)管連接，風(fēng)機主出風(fēng)管與高溫循環(huán)風(fēng)機1連接。

觀察區(qū)4的后側(cè)設(shè)置有用于帶動樣品在觀察倉內(nèi)水平直線運動的水平傳動系統(tǒng)2，水平傳動系統(tǒng)2包括多個邊部摩擦輪32、多個傳動滾輪33、多個皮帶輪38、多個傳送帶、水平傳動軸34、多個豎向傳動軸37、兩個帶座外球面球軸承36；水平傳動軸34的兩端經(jīng)帶座外球面球軸承36設(shè)置在支架8上，各豎向傳動軸37與支架8形成轉(zhuǎn)動配合，各邊部摩擦輪32分別設(shè)置在各豎向傳動軸37的上端，各邊部摩擦輪32位于觀察區(qū)4的后側(cè)并與透明觀察板呈相對設(shè)置，各傳動滾輪33分別設(shè)置在各豎向傳動軸37的下端，各皮帶輪38分別設(shè)置在水平傳動軸34上，各傳動帶分別連接傳動滾輪33和皮帶輪38，水平傳動軸34上設(shè)置有齒輪35，齒輪35與外部鏈條連接。通過鏈條帶動齒輪35轉(zhuǎn)動，最終帶動邊部摩擦輪32轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)帶動樣品移動。啟動水平傳動系統(tǒng)2，樣品的一邊依靠邊部摩擦輪32作水平勻速直線運動。通過調(diào)節(jié)與齒輪35嚙合的鏈傳動速率（未圖示）來調(diào)節(jié)樣品在觀察區(qū)4內(nèi)水平直線運動的速度，速率在0~0.2m/s內(nèi)可控，精度為0.1mm/s。

PIV系統(tǒng)5還包括相機調(diào)整架、光源調(diào)整架， PIV數(shù)字相機29設(shè)置在相機調(diào)整架上，雙脈沖激光器光源24設(shè)置在光源調(diào)整架上；相機調(diào)整架包括相機X向直線滑臺28、相機Y向直線滑臺27、相機Z向直線滑臺30和相機導(dǎo)軌26，相機Y向直線滑臺27和相機導(dǎo)軌26平行設(shè)置在支架8上，相機X向直線滑臺28一端與相機Y向直線滑臺27連接，相機Y向直線滑臺27的另一端與相機導(dǎo)軌26移動配合，相機Z向直線滑臺30豎向設(shè)置在相機X向直線滑臺28上，PIV數(shù)字相機29設(shè)置在相機Z向直線滑臺30上。依靠相機X向直線滑臺28、相機Y向直線滑臺27、相機Z向直線滑臺30這三個滑臺控制PIV數(shù)字相機29對準(zhǔn)觀察區(qū)4。

光源調(diào)整架包括光源X向直線滑臺23、光源Y向直線滑臺31、光源Z向直線滑臺22和光源導(dǎo)軌25，光源Y向直線滑臺31和光源導(dǎo)軌25平行設(shè)置在支架8上，光源X向直線滑臺23一端與光源Y向直線滑臺31連接，光源Y向直線滑臺31的另一端與光源導(dǎo)軌25移動配合，光源Z向直線滑臺22豎向設(shè)置在光源X向直線滑臺23上，雙脈沖激光器光源24設(shè)置在光源Z向直線滑臺22上。依靠光源X向直線滑臺23、光源Y向直線滑臺31、光源Z向直線滑臺22控制雙脈沖激光器光源24所發(fā)出的片光處于最佳位置。

角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)7包括底座、鉸鏈、電機以及電動推桿，支架8后端通過鉸鏈和地面連接形成轉(zhuǎn)動副，所述電機和電動推桿連接，電動推桿豎直設(shè)置在底座上，所述電動推桿向上推動支架8前端用來調(diào)節(jié)支架8與鉛垂線的傾斜角。調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)7使支架8與鉛垂線保持10±1°傾斜角度。電機帶動電動推桿向上頂起支架前端，從而達到傾斜的目的。

本發(fā)明試驗裝置的使用方法：上氣倉3與下氣倉6平行對置，通過線性滑軌調(diào)節(jié)上氣倉3和下氣倉6的間距，形成小尺寸空間的觀察區(qū)4。啟動水平傳動系統(tǒng)2、角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)7，角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)7帶動支架8向后轉(zhuǎn)動傾斜，水平傳動系統(tǒng)2帶動樣品進入觀察區(qū)4內(nèi)，由于支架8向后傾斜，因此觀察區(qū)4內(nèi)的樣品后端與邊部摩擦輪32接觸，并在外部鏈條帶動齒輪35轉(zhuǎn)動的情況下，邊部摩擦輪帶動樣品在觀察區(qū)4內(nèi)移動（速率為0.02±0.0001m/s水平直線運動），樣品處于懸浮狀態(tài)。具體懸浮加熱的原理如下：將示蹤粒子從風(fēng)機主進風(fēng)口吹入，與風(fēng)機管路中的氣流混合，經(jīng)過上均流倉和下均流倉內(nèi)的加熱單元加熱后，分別通過上篩板12和下篩板17進入上儲氣倉和下儲氣倉，得到溫度均勻、壓強均勻、混合充分的帶有示蹤粒子的高溫氣流。通過調(diào)節(jié)上氣倉3閥門和下氣倉6閥門的開度來調(diào)節(jié)高溫氣流的流量和示蹤粒子的濃度。高溫氣流分別通過上氣孔板14和下氣孔板15上的小孔噴射到觀察區(qū)4內(nèi)的樣品上下表面，對其加熱。下部熱氣流將樣品后端平穩(wěn)托起，懸浮于觀察區(qū)4適當(dāng)高度。這樣，觀察區(qū)4內(nèi)的樣品后端與邊部摩擦輪32接觸并帶動移動，樣品被氣流吹氣處于懸浮狀，觀察區(qū)4內(nèi)的帶有示蹤粒子的高溫氣流被透明觀察板上的出風(fēng)分流管21吸走，出風(fēng)分流管21與高溫循環(huán)風(fēng)機1連通，高溫循環(huán)風(fēng)機1通過觀察區(qū)4出風(fēng)分流管21循環(huán)利用示蹤粒子。

根據(jù)實驗的拍攝范圍調(diào)節(jié)PIV系統(tǒng)，確定PIV數(shù)字相機29與激光片光的最佳拍攝位置。通過調(diào)節(jié)相機調(diào)整架和光源調(diào)整架同步調(diào)整相機拍攝平面和激光片光平面，實現(xiàn)對不同小孔射流區(qū)域的拍攝。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。