[發明專利]一種具有CFD仿真系統的流體邊界層分離可視化實驗裝置

在審

• 申請號: 201910709615.4
• 申請日: 2019-08-02
• 公開（公告）號: CN110459076A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 張建平;陳莉莉;朱祥維;王志奇;張彬
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G09B5/02
• 分類號: G09B5/02;G01M10/00;G01N11/00;G01N33/00;G06F17/50
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一種具有CFD仿真系統的流體邊界層分離可視化實驗裝置，由玻璃裝置組件、實驗臺、進水管道、回水管道、水箱、離心泵、腳輪、計算機控制系統、流體邊界層分離的CFD仿真系統和熒光示蹤儀組成；玻璃裝置組件由兩塊鋼化玻璃夾著不同形狀的有色塑料組成，可觀察不同曲面對邊界層分離現象的影響；流體邊界層分離的CFD仿真系統包括啟動界面、參數設置和查看結果三個模塊，在實驗過程中可同時查看CFD仿真結果。本發明實現了計算機控制系統對裝置進行控制操作，可直觀地觀察、測量與分析邊界層分離現象，并且能分析曲面和進口流速對邊界層分離現象的影響，可實時對比CFD仿真結果和實驗結果，加深學生對邊界層分離現象的認識、理解和應用。

技術領域

本發明屬于流體機械領域，具體涉及一種具有CFD仿真系統的流體邊界層分離可視化實驗裝置。

背景技術

當流體流經固體時，由于粘滯力的作用，在靠近固體表面的流體會出現邊界層，由于雷諾應力的影響，使邊界層厚度沿來流方向不斷增加，流體微團堆積，壓力的持續增加迫使流體微團反向移動，隨即出現邊界層分離現象。邊界層分離是目前工程流體力學教學大綱中的一個重要知識點，尤其在流體機械設計與運維過程中，由于流體邊界層分離現象會危害設備的運行，所以學生和相關工程技術人員需要充分認識、理解、分析與利用流體邊界層及其分離現象的原理。在現有的流體邊界層分離理論知識的教學中，一方面，學生僅僅通過課本和老師的講解進而理解流體邊界層分離的理論知識或借助計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics—CFD)相關軟件仿真分析流體邊界層分離現象，但不能通過實驗直觀地觀察、測量與分析流體邊界層分離現象；另一方面，學生僅僅通過簡單的實驗觀察流體邊界層分離現象，并沒有通過CFD相關軟件仿真分析流體邊界層分離現象；這兩種教學方式都不能使學生更好地認識流體邊界層分離現象和理解流體邊界層分離的理論知識。為了達到深化教學改革的目的，既可以通過實驗的方法，讓學生自己動手操作與觀察，又可以采用CFD相關軟件對邊界層分離現象進行模擬仿真分析，將CFD數值模擬結果和實驗結果進行對比，使得學生對邊界層分離現象和邊界層分離理論知識有更進一步的理解，所以需要一種既可以直觀地觀察、測量與分析邊界層分離現象，又可以與CFD仿真結果對比的實驗裝置。

發明內容

本發明的目的在于針對流體邊界層分離現象教學中存在的缺陷，提供一種具有CFD仿真系統的流體邊界層分離可視化實驗裝置。本發明既可以直觀地觀察、測量與分析邊界層分離現象，并且可以同時觀察曲面和進口流速對邊界層分離現象的影響，又能實時對比CFD數值模擬結果和實驗結果，通過實驗和CFD輔助的方法促進學生更好地認識流體邊界層分離現象，對于進一步探討與研究流體邊界層分離現象起到很大作用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：