[發(fā)明專利]一種高速液體射流表面速度測量裝置和方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201410845725.0
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104569482A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔辰;楊敏官;閆龍龍;王育立
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G01P5/18
• 分類號: G01P5/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種高速液體射流表面速度測量裝置，其特征在于：所述裝置包括高速數(shù)碼相機(jī)、微距鏡頭、高速數(shù)碼相機(jī)手持顯示器、光源和噴嘴；高速數(shù)碼相機(jī)位于噴嘴的一側(cè)，微距鏡頭連接在高速數(shù)碼相機(jī)上，微距鏡頭和噴嘴之間的水平距離為微距鏡頭的最小焦距，高速數(shù)碼相機(jī)的放置高度應(yīng)使得噴嘴下邊緣恰好能夠出現(xiàn)在高速數(shù)碼相機(jī)手持顯示器的上緣中，使捕捉到的射流圖像上同時(shí)包含射流和噴嘴，以便后處理中有可供參考長度；光源位于噴嘴的另一側(cè)，與微距鏡頭在同一水平線。

2.如權(quán)利要求1所述的一種高速液體射流表面速度測量裝置，其特征在于：噴嘴正下方設(shè)有水槽，噴嘴出口下邊緣距離水槽液面高度，以能夠避免水槽濺射出的水對所要捕捉的射流造成影響為準(zhǔn)，水槽的作用是緩解高速水射流的沖力。

3.如權(quán)利要求1所述的一種高速液體射流表面速度測量裝置，其特征在于：噴嘴固定在支架上，支架的作用為固定噴嘴位置。

4.如權(quán)利要求1所述的一種高速液體射流表面速度測量裝置，其特征在于：噴嘴和光源之間的距離以光源能照亮所要捕捉的視場為準(zhǔn)。

5.如權(quán)利要求1所述的一種高速液體射流表面速度測量裝置，其特征在于：在噴嘴和光源之間放置擴(kuò)散板，擴(kuò)散板與光源在同一水平線，擴(kuò)散板面積大于光源發(fā)光面積，擴(kuò)散板的作用是獲得均勻的面光源，減小測量誤差。

6.如權(quán)利要求1所述的一種高速液體射流表面速度測量裝置，其特征在于：所述噴嘴是能產(chǎn)生高速水射流的噴嘴，噴嘴出口內(nèi)徑為1~5?mm；高速水射流是指速度為20~100m/s的水射流。

7.采用如權(quán)利要求1所述的裝置進(jìn)行高速液體射流表面速度測量的方法，

其特征在于具體步驟如下：

（1）測量噴嘴的外緣直徑，得到其長度N?(mm)，然后將噴嘴固定在支架上；噴嘴與水管相連，增壓器與水管相連；

（2）在噴嘴正下方放置水槽，向水槽中注水，水位由水槽上的溢流孔控制；噴嘴出口下邊緣距離水槽液面高度，以能夠避免水槽濺射出的水對所要捕捉的射流造成影響為準(zhǔn)；

（3）高速數(shù)碼相機(jī)放置于噴嘴一側(cè)，將顯微鏡頭連接到高速數(shù)碼相機(jī)上，根據(jù)微距鏡頭的最小焦距定位顯微鏡頭和噴嘴之間的水平距離，然后調(diào)整高速數(shù)碼相機(jī)的高度，使得噴嘴下邊緣恰好能夠出現(xiàn)在高速數(shù)碼相機(jī)手持顯示器的上緣中；光源放置于噴嘴另一側(cè)，與微距鏡頭和噴嘴在同一水平線上；光源與噴嘴之間的距離以光源能照亮所要捕捉的視場為準(zhǔn)；擴(kuò)散板放置于噴嘴和光源之間，擴(kuò)散板的面積大于光源發(fā)光面積；

（4）開啟增壓器，使射流開始進(jìn)行噴射，設(shè)定將高速數(shù)碼相機(jī)的曝光時(shí)間和幀頻，打開光源，然后開始進(jìn)行拍攝；

（5）將拍攝所得圖像導(dǎo)入圖像后處理軟件中，在后處理軟件中測量圖像上噴嘴的外緣直徑的像素長度值n?(pixels)，再根據(jù)之前已測得的噴嘴的外緣直徑的實(shí)際長度N?(mm)，即可得到圖像上單位像素長度所代表的實(shí)際長度k，也即實(shí)際長度與像素長度的比例系數(shù)，計(jì)算公式如下：

???????????????????????????????????????????????????????????????????????????mm/pixel???????????????????????(1)；

（6）測量連續(xù)的兩張射流圖片上同一特征結(jié)構(gòu)在射流流動(dòng)方向上移動(dòng)的長度L，比上兩張圖片的時(shí)間間隔T，即獲得這一特征結(jié)構(gòu)在這一段流向距離的移動(dòng)速度u，因?yàn)檫@一特征結(jié)構(gòu)與射流邊緣相連，因而u也是這一段流向距離射流的表面波速度，計(jì)算公式如下：

?????????????????????????????????????????????????????????????????(2)；

（7）重復(fù)步驟6的操作，得到多個(gè)表面波速度u₁，u₂，u₃…u_n，取它們的平均值即得到射流表面波的平均速度??；計(jì)算公式如下：

????????????????????????????????????????????(3)。

8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：所述的后處理軟件包括Image-pro?plus和Matlab。

9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：所述的同一特征結(jié)構(gòu)包括與射流邊緣相連的液帶或突起。

10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：所述高速數(shù)碼相機(jī)的曝光時(shí)間設(shè)為1?μs，幀頻設(shè)為10000幀/s。