[發明專利]一種定子葉輪內部流場粒子圖像測速試驗裝置

有效

• 申請號: 201410351180.8
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104132796A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 劉春寶;楊化龍;馬文星;葛林杉;張玉博;王文博
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王立文

技術領域

本發明屬于流場測試技術領域，特別涉及一種定子葉輪內部流場粒子圖像測速試驗裝置。

背景技術

粒子圖像測速(Particle?Image?Velocimetry，簡稱PIV)技術是一種可以同時獲得流場中多點測量流體或粒子速度矢量的光學圖像技術，主要通過記錄流場中示蹤粒子在很短時間段內的位移來計算粒子的速度。PIV技術是在傳統流動顯示基礎上，利用圖形圖像處理技術和計算機技術發展起來的一種新的流動測量技術，它可以保證較高精度的要求下，無接觸地測量流場中一個截面上的二維流速分布。它是通過在流場中播入跟隨性和反光性良好的示蹤粒子，用激光片光源照射流場，采用多次曝光記錄粒子場在不同時刻的圖像，測出在已知時間間隔內示蹤粒子在某切面的位移，即可得到全場的速度分布。PIV技術克服了以往單點測速技術的局限性，已成為流體力學中最重要的測量儀器，廣泛地應用于與流動測量相關的各個領域，極大推動了流體力學、傳熱學等相關領域的科學發展。

但是對于某些元件固定的葉輪，目前常規的PIV測量設備卻難以測量，即使利用激光測量也難以將其照亮。例如，對于液力變矩器的導輪來說，液力變矩器導輪結構上被泵輪和渦輪包圍，這就對PIV的測量造成了很大的困難，甚至無法進行測量。但導輪的特點是在各個工況下它是固定不動的，因此可以將其拿出固定進行測量，只要模擬出真實工作的工況，得到的測量結果就具有意義。導輪中沒有能量轉化，只有速度方向發生變化，因此可以用真實工作的流量來模擬其工況。至于每一工況流量的確定，可利用CFD軟件或者實驗模擬整個液力變矩器循環流動來確定，該方法的準確性與有效性已經得到了很多實際開發產品的驗證。

發明內容

本發明克服了現有PIV試驗裝置的不足，提出了一種操作簡單、精度高、適應性強并且可實現可視化的固定葉輪的PIV內部流場試驗裝置。下面以液力變矩器的導輪29作為被測定子葉輪為例進行說明。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種定子葉輪內部流場粒子圖像測速試驗裝置，由被測模塊、支撐模塊、工作臺運動模塊、相機運動模塊及水循環模塊組成，所述的被測模塊固定在具有三自由度的工作臺運動模塊上，所述的水循環模塊對被測模塊測試所需的高壓水進行循環，具有兩自由度的相機運動模塊設有兩個PIV相機13，分別固定在被測模塊兩側，對被測模塊進行流場監測；所述的支撐模塊對上述模塊進行支撐。

所述的被測模塊包括有機玻璃箱14，通過導輪固定裝置26固定在有機玻璃箱14內部的導輪29，以及進水管22；所述的導輪29的外環去掉，或者導輪29采用透明的材質。所述的被測模塊還包括立柱28和橫板25；

所述的進水管22通過立柱28和橫板25固定在有機玻璃箱14的側壁上，所述的立柱28和橫板25之間活性連接，可上下、左右移動，進而調節進水管22的高度、調節進水管22相對于導輪29流道進水口的液流沖角；所述的液流沖角的大小可由立柱28上的指針在橫板25的坐標板上的坐標得出；

所述的工作臺運動模塊包括轉臺氣缸機構16和多個滾珠絲杠機構；所述的工作臺運動模塊具有三個自由度，分別為沿著x軸的平動、沿著y軸的平動和繞著z軸的轉動；

所述的繞著z軸的轉動由轉臺氣缸機構16實現，轉臺氣缸機構16上設有可自由旋轉的負載轉臺30，通過調節轉臺氣缸機構16側壁上的螺釘17，使轉臺氣缸機構16中兩齒條在與其相連活塞的往復推動下驅動負載轉臺30按設定的角度作擺動，從而帶動固定在負載轉臺30上的被測模塊繞著z軸轉動；被測模塊中的導輪29按照相同的角度和方向作擺動，進而調節導輪29進口的液流沖角；

所述的沿著x軸的平動和沿著y軸的平動均由滾珠絲杠機構實現，其中，沿著x軸的平動由固定在工作臺19上的轉臺氣缸絲杠5、轉臺氣缸機構16底部的滾珠螺母實現，通過操作工作臺控制面板20調節轉臺氣缸機構16沿著轉臺氣缸絲杠5沿著x軸平動；所述的沿著y軸的平動由工作臺橫向導軌8.、工作臺橫向絲杠9以及工作臺19側面的滾珠螺母實現，在電機21的控制下工作臺19以及被測模塊可沿著y軸平動。

所述的相機運動模塊設有圓柱導軌4以及兩個PIV相機13，所述的兩個PIV相機13均具有兩個自由度，分別為沿著圓柱導軌4的上下平動以及繞著圓柱導軌4的旋轉；

所述的沿著圓柱導軌4的上下平動由圓柱導軌4、豎直絲杠3、相機導軌2以及步進電機1實現，所述的相機導軌2設有沿著圓柱導軌4滑動的光孔和沿著豎直絲杠3進行滾珠嚙合移動的滾珠螺母，通過操作控制面板6，步進電機1驅動豎直絲杠3轉動，使得相機導軌2帶動PIV相機13上下平動；