[實用新型]一種螺旋槳葉片外部流場粒子圖像測速試驗裝置

有效

• 申請號: 201720740291.7
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN206945731U
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 李遠;才委;劉春寶
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01P5/22
• 分類號: G01P5/22
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 王淑秋

技術領域

本實用新型屬于流場測試技術領域，特別涉及一種螺旋槳葉片外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被測量流體或粒子速度矢量的光學圖像技術。它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。利用PIV技術測量流場時,需在流場中散播密度適當且跟隨性好的示蹤粒子,由示蹤粒子的運動來反映水質點的運動，并用激光對所測平面進行照射,形成光照平面,再用CCD等攝像設備獲得該示蹤粒子的圖像,還要對得到的圖像序列進行互相關分析,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。

但是對于螺旋槳類的葉片，目前的常規的PIV測量設備難以測量，現有設備過于復雜所以無法用簡單的方法測量其周圍流場變化情況。一般利用空泡氣筒PIV測量螺旋槳流場，但是空泡氣筒操作復雜，而且設備價格昂貴。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單、成本低，適用于螺旋槳類葉片流場測量的螺旋槳葉片外部流場粒子圖像測速試驗裝置。

為了解決上述技術問題，本實用新型的螺旋槳葉片外部流場粒子圖像測速試驗裝置包括支撐模塊、電驅動模塊、水循環模塊、激光器位置調節模塊、激光器、相機運動模塊、CCD相機；所述水循環模塊為透光水箱、水泵、流量計以及水管組成一個封閉的回路，透光水箱固定在支撐模塊上；被測螺旋槳安裝在透光水箱內，并且可以通過固定在透光水箱外的電驅動模塊驅動旋轉；激光器安裝在激光器位置調節模塊上，可相對于透光水箱作六自由度運動并對準透光水箱；CCD相機安裝在相機運動模塊上，可相對于透光水箱作六自由度運動并對準透光水箱。

所述的支撐模塊包括由12根鋁型材通過壓鑄角鋁固定連接在一起形成的長方體支架及固定在其頂部的至少一個橫板；透光水箱和電驅動模塊固定在橫板上。

所述支撐模塊的底部固定有四個地腳。

所述的電驅動模塊包括減速電機、聯軸器以及光柵碼盤；聯軸器把減速電機轉軸與螺旋槳轉軸連接在一起，光柵碼盤安裝在螺旋槳轉軸的端部。

所述的激光器位置調節模塊包括底座、豎直導軌、z向移動部件和萬向節支架，豎直導軌固定在底座上，z向移動部件安裝在豎直導軌上且可沿豎直導軌作z向移動；z向移動部件通過萬向節支架與激光器連接。

所述的豎直導軌和z向移動部件均采用鋁型材，兩個鋁型材通過壓鑄角鋁和鎖緊螺釘連接。

所述的相機運動模塊包括橫梁、立柱、萬向支臂；立柱通過壓鑄角鋁和鎖緊螺釘與支撐模塊頂部的其中一根鋁型材連接，可鎖緊固定或沿y方向移動；橫梁與立柱通過壓鑄角鋁和鎖緊螺釘連接，可鎖緊固定在立柱上或沿立柱作x向和z向移動；橫梁通過萬向支臂連接CCD相機，CCD相機可繞著x軸的轉動、繞著y軸的轉動和繞著z軸的轉動。

本實驗裝置在工作過程中，透光水箱及電驅動模塊固定在支撐模塊上方，由電驅動模塊驅動螺旋槳旋轉，水循環模塊中由水泵控制水的循環流動；螺旋槳轉速變化信息由光柵碼盤進行檢測，光柵碼盤測得的螺旋槳轉速變化信息以及流量計測得的并流量大小信息傳輸給計算機。同時通過激光器位置調節模塊調節激光相對透光水箱的位置和入射角度，使激光在透光水箱內部形成一個切片，調節相機運動模塊使PIV相機捕捉到切片上的粒子流動信息；最終通過計算機軟件處理得到該切片位置的流場圖。

由于螺旋槳工作時的進速較大，利用傳統實驗方式難以實現測量，本實用新型采用縮小版的螺旋槳并且降低螺旋槳旋轉速度，從而降低所需水泵的流量，在技術上或可實現精確測量。在測量過程中，將實驗模型、螺旋槳轉速和水泵流量記錄下來，就可以通過CFD軟件模擬計算該流場，并將試驗數據和模擬數據進行對比，最終驗證CFD算法的準確性和有效性。