[發明專利]一種抑制自然空化泡狀流激波特性用高壓通氣裝置

有效

• 申請號: 201711114596.8
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN108036921B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 王國玉;王暢暢;黃彪;張敏弟;段忠平
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;仇蕾安

本發明公開了一種抑制自然空化泡狀流激波特性用高壓通氣裝置，該裝置內部為空腔，裝置的底面上設有與通氣管連接的通氣孔，使得外部氣源的氣體進入空腔內；裝置的頂面上設有與貫通空腔和外界的通氣縫；裝置通過其底面固定連接在循環水洞的擴張流道上，當循環水洞的擴張流道內產生泡狀流激波機制誘導附著型空穴斷裂及空泡脫落空化穩定后，通過通氣管向裝置內部通氣，氣體進入附著型空穴內部，待通氣穩定進行數據采集。本發明能夠向自然空化區域通入高壓氣體來抑制自然空化非定常特性，滿足對通氣抑制自然空化激波誘導不穩定特性的定量研究。

技術領域

本發明涉及一種針對自然空化激波誘導不穩定特性研究的高壓通氣裝置，屬于船舶與水下航行器工程、水利水電工程技術領域。

背景技術

空化發生于高速水流中，是包含劇烈相變過程的非定常現象。空化的發生，會造成劇烈壓力脈動、振動、噪聲和機械部件的空蝕破壞，對空化非定常特性的控制，是以核動力潛艇為代表的大型水下作戰平臺和潛射戰略核導彈、高速魚雷和超高速射彈為代表的水中兵器系統等海戰裝備水動力創新發展的核心關鍵技術問題。

實驗中發現，附著型空穴非定常特性主要來源于兩種不同的誘導機制，分別為回射流機制和泡狀流激波機制。因此，對非定常空化抑制的主要方法在于對回射流的運動和激波的產生及傳播的干擾。大量的自然空化抑制研究針對附著型空穴斷裂及空泡脫落的回射流機制，通過布置障礙物的形式干擾回射流運動，而研究表明，障礙物無法抑制激波誘導機制。

已有文獻表明，云狀空化非定常斷裂及脫落的泡狀流激波機制是空化不穩定性的重要來源。因此，對非定常空化抑制的主要方法在于對激波的干擾。空化潰滅激波是空化流體可壓縮特性的主要體現，與空泡團的潰滅及空穴內部含氣率分布密切相關。因此，對于空化激波的抑制關鍵在于空化區域氣體含量分布的改變。Wallis’聲速公式表明，在氣液混合介質中，可壓縮性將顯著增大，聲速將會出現劇烈下降，最低聲速出現在含氣率為0.5的位置；Brennen的理論推導計算出，空泡內不可凝結氣體的存在會顯著降低潰滅速率，并增大最小空泡體積。向空化區域通入不可凝結氣體是改變空化區域含氣率分布，進而改變空化區域可壓縮特性的最有效可控方式。同時，向空化區域通入高壓氣體可以改變空穴內平均壓力，提高當地空化數，抑制自然空化的發生。因此，最有效的一種控制空化非定常效應，降低空化破壞的方式是主動向空化區域通入高壓氣體。

目前通氣主要應用于對海洋設備表面阻力的降低上，針對向自然空化區域通氣氣體的研究相對很少，尤其是通氣量對空化抑制程度的定量研究，如何實現通氣效率的最大化，即單位通氣量達到最大的空化抑制效果，需要精細的實驗研究。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種抑制自然空化泡狀流激波特性用高壓通氣裝置，通過該裝置能夠向自然空化區域通入高壓氣體來抑制自然空化非定常特性，滿足對通氣抑制自然空化激波誘導不穩定特性的定量研究。

一種抑制自然空化泡狀流激波特性用高壓通氣裝置，該裝置內部為空腔，裝置的底面上設有與通氣管連接的通氣孔，使得外部氣源的氣體進入空腔內；裝置的頂面上設有與貫通空腔和外界的通氣縫；裝置通過其底面固定連接在循環水洞的擴張流道上，當循環水洞的擴張流道內產生泡狀流激波機制誘導附著型空穴斷裂及空泡脫落空化穩定后，通過通氣管向裝置內部通氣，氣體進入附著型空穴內部，待通氣穩定進行數據采集。

進一步地，所述裝置包括氣腔本體和底蓋，所述氣腔本體為內部中空的矩形立方體，立方體的底面為開放端，端面上加工有用于連接底蓋的連接螺孔，空腔的邊緣部位加工密封臺階面，氣腔本體的頂面加工有條形的通氣縫；所述底蓋上加工有與氣腔本體密封臺階面配合的密封凸臺，密封凸臺的臺階面上加工安裝密封圈的密封槽，底蓋通過其上的連接螺孔與氣腔本體實現連接，密封臺階面和密封凸臺的配合保證連接部位的可靠密封，底蓋的中心位置設有與通氣管連接的通氣孔。

進一步地，所述數據采集包括高速攝像、靜態壓力和動態壓力采集。

進一步地，所述通氣管上安裝逆止閥，用于控制氣流的通斷。