[發明專利]用于大型高速風洞PIV試驗的示蹤粒子濃度控制方法

有效

• 申請號: 202011068917.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112197934B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 楊可;熊健;張林;陳植;師建元
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王丹

1.一種用于大型高速風洞PIV試驗的示蹤粒子濃度控制方法，其特征在于，所述的控制方法使用的控制裝置包括控制指令輸入及反饋系統、氣源管路及壓力調節系統、粒子發生器流量調節系統和粒子發生器；控制指令輸入及反饋系統向氣源管路及壓力調節系統、粒子發生器流量調節系統發布遠程控制指令，并接收氣源管路及壓力調節系統、粒子發生器流量調節系統的反饋信號；氣源管路及壓力調節系統用于調節粒子發生器的工作壓力；粒子發生器流量調節系統用于調節粒子發生器的工作流量；

控制指令輸入及反饋系統用于遠程控制和現場控制，包括上位管理機和控制柜；控制柜的核心部分是PLC，PLC具有人機界面和相應的I/O模塊，人機界面用于現場操作與信息顯示，PLC接收來自上位管理機的指令，通過I/O模塊對現場設備實施測量與控制，PLC的控制對象包括氣動球閥、電動調節閥和電磁通斷閥；

氣源管路及壓力調節系統包括依次安裝在中壓氣源管路上的壓力變送器Ⅰ、手動截止閥Ⅰ、氣動球閥、電動調節閥和壓力變送器Ⅱ；氣源管路及壓力調節系統接收來自控制指令輸入及反饋系統的控制信號，將來自中壓氣源的壓縮空氣調節到設定值，達到驅動粒子發生器的工作壓力；

粒子發生器流量調節系統包括M路并聯的閥門移動車，每個閥門移動車包括順序連接的手動截止閥Ⅱ、壓力表、N組粒子發生器進氣管路，第1組粒子發生器進氣管路為示蹤粒子排出驅動管路，包括順序連接的電磁閥、壓力變送器Ⅲ和手動球閥，第2組～第N組粒子發生器進氣管路為Laskin噴嘴進氣管路，包括順序連接的電磁閥和手動球閥；M≥1，N＞1；

粒子發生器的示蹤粒子排出驅動管路和Laskin噴嘴進氣管路分別連接粒子發生器流量調節系統的粒子發生器進氣管；粒子發生器的通過示蹤粒子出口排出示蹤粒子；粒子發生器還設置有安全保護裝置，安全保護裝置包括安全泄壓閥和報警器；

所述的上位管理機遠程發送信號至PLC，或者控制柜上的人機界面發送信號至PLC，PLC獨立控制氣動球閥、電動調節閥、各電磁閥和安全保護裝置，接收來自各壓力變送器的壓力值，并反饋至上位管理機；上位管理機指揮PLC進行閉環控制，直至來自中壓氣源的壓縮空氣的壓力值達到設定值；

所述的控制方法包括以下步驟：

a.大型高速風洞試驗前，將氣動球閥和電磁閥都處于關閉狀態，手動開啟手動截止閥和手動球閥；

b.根據試驗馬赫數估算試驗段流量，在上位管理機的遠程控制界面上預設粒子發生器的壓力值和各電磁閥的通斷狀態；

c.啟動大型高速風洞，待流場穩定后，上位管理機通過PLC控制氣動球閥開啟，實現整個氣路與中壓氣源的連接，同時通過PLC將控制參數發送給電動調節閥和電磁閥；

電動調節閥調節粒子發生器的工作壓力，電磁閥通斷數量控制Laskin噴嘴管的數量；電磁閥開通數量越多，單位時間內示蹤粒子的產生量越大，相應的粒子濃度就越高，當工作壓力確定后，電磁閥開通數量與示蹤粒子產生量成正比；

d.大型高速風洞的PIV采集界面進行實時拍攝，獲得初步拍攝圖像，通過初步拍攝圖像觀察測試區域的示蹤粒子濃度，并進行判斷；

如發現示蹤粒子濃度偏低，則首先通過點擊控制界面的電磁閥通斷開關，打開更多的Laskin噴嘴管，提高示蹤粒子產生量；在全部Laskin噴嘴管打開以后，示蹤粒子濃度仍不能滿足要求，則逐步提高粒子發生器的工作壓力，直至拍攝效果滿意；

如發現粒子濃度偏高，則通過設置電磁閥通斷的方式，直接切斷幾組Laskin噴嘴管，減小示蹤粒子產生量，或者采取減小粒子發生器的工作壓力的方式減小示蹤粒子濃度，直至拍攝效果滿意；

e.進行正式的PIV圖像采集；

f.PIV圖像采集完成后，在上位管理機的軟件界面點擊結束按鈕，PLC遠程關閉氣動球閥，切斷粒子發生器供氣，粒子發生器停止工作，同時PLC給電磁閥發關閉指令，將所有電磁閥置于關閉狀態，等待下一個試驗狀態的啟動指令；

g.所有試驗狀態完成后，手動關閉手動截止閥和手動球閥。

2.根據權利要求1所述的用于大型高速風洞PIV試驗的示蹤粒子濃度控制方法，其特征在于，如果步驟b執行時發現電磁閥出現故障，則增加拆除電磁閥、通過手動球閥控制Laskin噴嘴管的通斷的步驟。

3.根據權利要求1所述的用于大型高速風洞PIV試驗的示蹤粒子濃度控制方法，其特征在于，所述的粒子發生器采用DEHS溶劑作為示蹤粒子材料。