[發(fā)明專(zhuān)利]有限通道條件下流動(dòng)控制技術(shù)對(duì)流場(chǎng)作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010924216.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112146842A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉凱;史寶成;張興凱;伍麗娟;廖銳全
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M10/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M10/00
• 代理公司: 武漢開(kāi)元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安

一種有限通道條件下流動(dòng)控制技術(shù)對(duì)流場(chǎng)作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，包括依次連接并構(gòu)成流體流動(dòng)區(qū)域的收縮段、整流段、可替換測(cè)試段和尾段；收縮段采用擴(kuò)張變徑的結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑隨流向增大；整流段內(nèi)設(shè)有整流裝置；可替換測(cè)試段兩端通過(guò)快拆法蘭分別與整流段、尾段連接；可替換測(cè)試段上部設(shè)有CCD相機(jī)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行可視化拍攝；可替換測(cè)試段包括可調(diào)壁面、鈍體、分隔板和快拆板，可調(diào)壁面設(shè)置在可替換測(cè)試段內(nèi)的底部?jī)蓚?cè)，調(diào)節(jié)可調(diào)壁面的安放位置可改變可替換測(cè)試段寬度參數(shù)；鈍體和分隔板安置在快拆板上，通過(guò)快拆板與可替換測(cè)試段的可拆卸連接，將鈍體和分隔板放置在流道內(nèi)。本發(fā)明具有拆卸維護(hù)簡(jiǎn)單、調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)容易、實(shí)驗(yàn)效率高和實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流體流動(dòng)測(cè)試裝置，具體涉及一種有限通道條件下流動(dòng)控制技術(shù)對(duì)流場(chǎng)作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置。

背景技術(shù)

鈍體繞流是一個(gè)重要且經(jīng)典的流體力學(xué)問(wèn)題，其流動(dòng)過(guò)程涉及旋渦脫落、流動(dòng)分離等流動(dòng)現(xiàn)象，許多流動(dòng)機(jī)理尚未被充分認(rèn)識(shí)清楚。鈍體繞流現(xiàn)象在各種行業(yè)中均有發(fā)生，例如在化工能源領(lǐng)域中利用鈍體繞流現(xiàn)象強(qiáng)化換熱或增加傳質(zhì)速率，在測(cè)量?jī)x表行業(yè)中利用鈍體繞流現(xiàn)象測(cè)量流體流速，在橋梁工程中必須考慮鈍體繞流所引發(fā)的橋梁振動(dòng)問(wèn)題，由此可見(jiàn)研究鈍體繞流中的流動(dòng)機(jī)理具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在目前的鈍體繞流研究中，不少研究者提出施加流動(dòng)控制技術(shù)來(lái)控制鈍體尾跡區(qū)的流場(chǎng)分布或改變鈍體的阻力系數(shù)，常見(jiàn)流動(dòng)控制技術(shù)方案有：在鈍體尾跡區(qū)添置物體(如分隔板、控制棒和空心網(wǎng)等)或在鈍體尾跡區(qū)增加擾動(dòng)(如射流和旋轉(zhuǎn)鈍體等)。

目前，流動(dòng)控制技術(shù)對(duì)鈍體繞流作用的研究主要集中在非有限通道條件下，即不考慮通道壁面對(duì)鈍體尾跡區(qū)的影響作用。但是，根據(jù)Blackburn和Reyes等人的研究，發(fā)現(xiàn)在有限通道條件下通道壁面對(duì)鈍體尾跡區(qū)有著顯著影響，導(dǎo)致鈍體的阻力系數(shù)和旋渦脫落頻率發(fā)生改變，還會(huì)引起尾跡區(qū)出現(xiàn)回流現(xiàn)象。在工程領(lǐng)域中，許多鈍體繞流現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)考慮通道壁面對(duì)流體流動(dòng)過(guò)程的影響，例如存儲(chǔ)行業(yè)中機(jī)械硬盤(pán)的懸臂梁磁頭、制氫行業(yè)中的壓濾式電解槽的電解單元和過(guò)程工業(yè)中的管式換熱器的換熱管等。目前，針對(duì)有限通道條件下的流動(dòng)控制技術(shù)對(duì)鈍體繞流作用的研究相對(duì)較少。又因?yàn)殁g體繞流是一種非線性的湍流流動(dòng)，尚不能通過(guò)數(shù)學(xué)解析的方式獲得鈍體尾跡區(qū)的流動(dòng)分布，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，而因測(cè)試條件和測(cè)試手段的限制。關(guān)于有限通道條件下的流動(dòng)控制技術(shù)對(duì)鈍體繞流作用的流場(chǎng)可視化實(shí)驗(yàn)更是有限，目前主要的問(wèn)題有：

1.有限通道的通道寬度是一個(gè)重要參數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)考察通道寬度對(duì)鈍體尾跡區(qū)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，需要不斷改變通道寬度即加工多組流體通道，這會(huì)給實(shí)驗(yàn)過(guò)程造成不少的困難。

2.流動(dòng)控制技術(shù)的方式多種多樣，再結(jié)合不同的通道寬度參數(shù)，兩種因素疊加在一起具有多種組合，一般的測(cè)試裝置難以滿(mǎn)足上述要求。

3.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行可視化拍攝時(shí)，非拍攝區(qū)域的反光問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響CCD相機(jī)的成像效果，最終影響被測(cè)流場(chǎng)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

因此，為了能研究有限通道條件下鈍體繞流的機(jī)理問(wèn)題，增加流動(dòng)控制技術(shù)在有限通道條件下對(duì)鈍體尾跡區(qū)影響的認(rèn)識(shí)，需要設(shè)計(jì)一種能夠獲得多種流動(dòng)控制技術(shù)在有限通道條件下流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分布的流體流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，這對(duì)研究開(kāi)展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究并為數(shù)值模擬提供對(duì)比數(shù)據(jù)具有顯著的意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種有限通道條件下流動(dòng)控制技術(shù)對(duì)流場(chǎng)作用的實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，其中的流體通道包含了收縮段、整流段、可替換測(cè)試段和尾段，可替換測(cè)試段內(nèi)設(shè)有可調(diào)壁面來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的通道寬度參數(shù)，通過(guò)快拆板來(lái)實(shí)現(xiàn)不同流動(dòng)控制技術(shù)方案對(duì)鈍體尾跡區(qū)流場(chǎng)的考察，可視化實(shí)驗(yàn)采用PIV(ParticleImage Velocimetry)方法實(shí)現(xiàn)流體流動(dòng)的拍攝過(guò)程。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：