[發明專利]一種用于粒子圖像測速的脈沖射流沖擊旋轉壁面的實驗裝置及其測速方法

在審

• 申請號: 201910340176.4
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN109974972A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 王川;張穎翀;成立;陳欣欣;羅燦
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01P5/20
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

本發明是一種用于粒子圖像測速的脈沖射流沖擊旋轉壁面的實驗裝置及其測速方法，包括脈沖射流系統、旋轉壁面系統和PIV測量系統；所述脈沖射流系統包括蓄水池、磁力泵、流量計、閘閥、脈沖發射器、連接軟管、圓形銅管；所述旋轉壁面系統包括變頻器、電機、軸、圓盤；所述PIV測量系統包括外方內圓水槽、片光源、激光器、CCD相機、同步儀、計算機，片光源、激光器、同步儀、CCD相機、計算機依次連接；本發明設計合理、操作方便，而且能夠全面地研究不同雷諾數、沖擊距離、壁面轉速及脈沖周期對射流沖擊旋轉壁面流場中各流動特征的影響規律。

技術領域

本發明涉及一種用于粒子圖像測速的脈沖射流沖擊旋轉壁面的實驗裝置及其測速方法，主要用于脈沖射流沖擊旋轉壁面耦合流動的瞬時速度測量。

背景技術

粒子圖像測速（Particle Image Velocimetry，以下簡稱PIV）是一種用多次攝像以記錄流場中粒子的位置，并分析攝得的圖像，從而測出流動速度的方法。其基本原理是在流場中布撒示蹤粒子，并用脈沖激光片光源入射到所測流場區域中，通過連續兩次或多次曝光，粒子的圖像被記錄在底片上或CCD相機上。采用光學楊氏條紋法、自相關法或互相關法，逐點處理PIV底片或CCD記錄的圖像，獲得流場速度分布。

射流沖擊旋轉壁面在航空電子冷卻、化學氣相沉積、玻璃退火、表面熱處理等各種工業應用中具有重要的應用價值。除此之外，旋轉機械是生活中最簡單且應用廣泛的結構，許多系統可近似看作射流沖擊旋轉壁面（例如射流式自吸泵等）。射流沖擊是一種極其有效的強化局部傳熱或傳質的方法，射流沖擊的剪切效應和旋轉壁面周圍產生的軸對稱壁射流的相互作用可產生非常復雜和劇烈的流動，能夠顯著改善傳熱過程，因此對具有射流沖擊的旋轉壁面進行研究具有重要的學術和工程應用價值。

目前，現有的射流沖擊旋轉壁面實驗裝置具有以下特點：大部分試驗裝置采用熱線熱膜流速計（HWFA）和激光多普勒測速儀（LDV）計算粒子的運動速度，實現對流場的無接觸測量。然而，這些方法都只是采用單點測量技術，難以實現對流場的全場、瞬態測量。少部分射流沖擊旋轉壁面PIV實驗裝置存在一定局限，無法系統地研究不同壁面轉速、雷諾數、沖擊距離對射流沖擊旋轉壁面耦合流動的影響。過去射流沖擊旋轉壁面PIV實驗裝置僅針對連續射流，沒有考慮到引入脈沖特性。Y.minagawa等人的論文“Development ofturbulent impinging jet on a rotating disk”（2004）、T.astarita等人的論文“Convective heat transfer on a rotating disk with a centred impinging roundjet”（2007）及S.Harmand等人的論文“Review of fluid flow and convective heattransfer within rotating disk cavities with impinging jet”（2013）所運用的實驗裝置具備上述1，2，3特點；于洋磊等人的論文“射流沖擊對旋轉圓盤換熱特性的影響”（2018）所運用的實驗裝置具備上述1，3特點；Liu Y H等人的論文“Particle imagevelocimetry measurement of jet impingement in a cylindrical chamber with aheated rotating disk”（2013）所運用的實驗裝置具備上述2，3特點。

經檢索，目前還沒有關于脈沖射流沖擊旋轉壁面PIV實驗裝置的專利。

發明內容

為了研究脈沖射流沖擊旋轉壁面的瞬態流動結構，本發明提供了一種用于粒子圖像測速的脈沖射流沖擊旋轉壁面的實驗裝置及其測速方法，該發明可以全面地研究不同雷諾數、沖擊距離、壁面轉速及脈沖周期對流場中各種流動特征的影響規律。

本發明的目的是這樣實現的，一種用于粒子圖像測速的脈沖射流沖擊旋轉壁面的實驗裝置，其特征是：包括脈沖射流系統、旋轉壁面系統和PIV測量系統；