[發明專利]一種基于氫氣泡流動顯示技術的邊界層可視化試驗裝置

有效

• 申請號: 201110279201.6
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102426092A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 范廣銘;孫中寧;宿吉強;閻昌琪;孫立成;曹夏昕;王建軍;谷海峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種流體力學和傳熱學技術領域的試驗裝置。

背景技術

流體的流動是自然界與工程技術領域中常見的流動現象，流體的對流換熱是工程換熱器中最常見的換熱方式，而其熱阻通常是構成換熱器總熱阻的主要部分。長期以來，對于強化換熱的研究多基于應用或結構，而對邊界層方面的研究較少，人們在研究強化換熱技術時，重點將破壞層流底層作為加強換熱的主要手段。但隨著研究的不斷深入，人們發現只從破壞表面邊界層的角度來考慮已不能為強化換熱技術提供足夠的理論支持。隨著湍流邊界層擬序結構的發現，使得研究人員對湍流邊界層的研究有了新的進展，這一新的理論為提高強化換熱技術指出了新的方向。

目前，對于湍流邊界層擬序結構的研究主要采用可視化的試驗方法，而試驗裝置是保障試驗條件、獲取可靠數據必須倚靠的硬件設施。從公開發表的文獻資料來看，雖然對于湍流邊界層擬序結構的研究開展的比較廣泛，但各研究單位所使用的試驗裝置和試驗方法不盡相同，且主要存在三方面的問題：①主要針對開口槽道和流速較低的條件，這種試驗裝置的試驗段存在自由液面，只能用于水平方向流動的研究，不能進行豎直和傾斜等其它角度的研究，且無法模擬實際管道中的流動情況。②為了研究邊界層內不同高度的實際情況，需要在試驗中對鉑絲高度進行調節，但目前普遍使用的鉑絲高度調節裝置(如三維坐標架)尺寸較大，精度很低，且由于密封等方面的原因，并不適用于有一定壓力的封閉管道。③使用的攝像和照明設備精度較低，無法清晰拍攝高流速條件下的試驗現象，使高流速下的研究存在一定的困難。

發明內容

本發明的目的在于提供可真實模擬實際管道中的流動情況，并實現試驗段不同角度的布置，利用粗糙度和表面結構不同的試驗板模擬各種強化換熱表面，采用氫氣泡示蹤技術對邊界層內的流動情況進行可視化的試驗研究，從而為邊界層擬序結構和強化換熱技術的研究提供可靠的技術支持的一種基于氫氣泡流動顯示技術的邊界層可視化試驗裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種基于氫氣泡流動顯示技術的邊界層可視化試驗裝置，其特征是：包括氫氣泡控制電路、水循環回路、鉑絲高度調節裝置、圖像采集裝置；所述的氫氣泡控制電路包括函數發生器、可調電阻、三極管、繼電器、直流可調穩壓電源、示波器、碳棒、鉑絲，繼電器輸入端的正極依次連接可調電阻、三極管的集電極、函數發生器輸出端口的正極，繼電器輸入端的負極與三極管的發射極和函數發生器輸出端口的陰極相連，繼電器輸入端的正負極之間加載5V電壓，繼電器輸出端的負極連接碳棒，繼電器輸出端的正極連接直流可調穩壓電源的正極，直流可調穩壓電源的負極連接鉑絲，示波器的正負極分別連接到碳棒和鉑絲上；所述的水循環回路包括水箱、循環水泵、過濾器、渦輪流量計、試驗段，試驗段的入口包括兩個支路，試驗段入口第一支路依次連接渦輪流量計、過濾器、循環水泵和水箱，試驗段入口第二支路經閥門與大氣相通，試驗段的出口經管線連接水箱；所述的鉑絲高度調節裝置包括千分尺、基座、探針、絲桿，千分尺固定在基座上，千分尺的轉動機構與絲桿相固定，探針上端與基座相連，探針下端與鉑絲固連；所述的圖像采集裝置包括冷光源、高速攝像機，冷光源照射鉑絲上方位置，高速攝像機拍攝鉑絲上方位置圖像。

本發明還可以包括：

1、所述的試驗段包括入口穩定段、觀測段、出口穩定段，入口穩定段、觀測段、出口穩定段依次相連，用于試驗的試驗板、碳棒、鉑絲、鉑絲高度調節裝置均安裝在試驗段里。

2、所述的試驗段的觀測段內部設有用于安裝試驗板的卡槽。

3、所述的鉑絲的直徑為8-20微米。

4、所述的循環水泵設有旁通回路，旁通回路與水箱連接，旁通回路在水箱內的出口方向設置為向下。

5、所述的水箱和試驗段的下方均設有排放支路，各個排放支路分別設置第一閥門和第二閥門，當第一閥門和第二閥門同時打開時，將整個水循環回路的水全部排出，將第二閥門關閉，第一閥門連接進水管路直接向水箱注水。

6、所述的千分尺與絲桿同軸且兩者步進速度一致。

7、所述的探針有兩個，除探針的上下端面外均進行絕緣處理，兩個探針下端長度一致。

8、所述的探針與絲桿中心軸在同一平面且相互平行。