[發明專利]一種可數控的空泡發生裝置及控制方法

有效

• 申請號: 202110373493.3
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113176068B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 李雨田;陳玥含;詹杰民
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 廣州潤禾知識產權代理事務所(普通合伙) 44446
• 代理人: 林偉斌

本發明涉及空化研究的技術領域，公開了一種可數控的空泡發生裝置，包括：載水觀察箱；內部的底部設有底板；彈性件，彈性件的一端固定于一支撐面上，另一端與載水觀察箱的底部連接；導軌組件，設在載水觀察箱的左右兩側；脈沖沖擊裝置，設在載水觀察箱的上方，且與一控制系統電連接，控制系統控制脈沖沖擊裝置定時撞擊載水觀察箱，使載水觀察箱以一定的加速度周期性向下運動；磁流可控阻尼器，固定于支撐面上，且與載水觀察箱的底部連接，控制系統與磁流可控阻尼器電連接，并根據載水觀察箱的實際運動軌跡實時控制磁流可控阻尼器的阻力大小，以調整載水觀察箱的運動，使載水觀察箱的運動滿足預期的周期運動，從而觀察周期性負壓條件下的空化現象。

技術領域

本發明涉及空泡發生設備的技術領域，更具體地，涉及一種可數控的空泡發生裝置及控制方法。

背景技術

空泡是在液體介質遭到連續性破壞的基礎上出現的，是壓力降低的結果。或者說，當液體內某點壓力降低到某個臨界壓力以下時，液體發生汽化，先是微觀的，然后成為宏觀的小氣泡，爾后在液體內部或液體與固體的交界面上，匯合形成較大的蒸汽與氣體的空腔，稱為空泡。空泡的產生、發展與潰滅過程稱為空化現象。

其中，空化現象會引起周圍的流體產生劇烈的壓力變化，發出噪聲。在那里的物體表面除受到沖擊引起損傷之外，還會導致阻力顯著地增大。為此，在設計水中運轉的機械時，必須考慮空泡對機械性能的影響，對空泡進行校驗，避免空泡的產生。

而目前對空化現象的研究比較少，且目前實驗室的空泡發生裝置主要通過穩定的負壓區域來誘發空泡的發生，對可控的周期性的負壓環境產生的空泡動力特征鮮有研究。

發明內容

本發明旨在克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種可數控的空泡發生裝置及控制方法，具有自動化控制誘發空泡發生的效果。

為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案是，一種可數控的空泡發生裝置，包括：

載水觀察箱；所述載水觀察箱內部的底部設有底板，用于誘發產生空泡；

彈性件，所述彈性件的一端固定于一支撐面上，另一端與載水觀察箱的底部連接，且與載水觀察箱的重力保持平衡；

導軌組件，設在載水觀察箱的左右兩側，用于帶動載水觀察箱上下滑行；

脈沖沖擊裝置，設在載水觀察箱的上方，且與一控制系統電連接，所述控制系統控制脈沖沖擊裝置定時撞擊載水觀察箱，使載水觀察箱以一定的加速度周期性向下運動；所述載水觀察箱在加速運動過程中，箱體底部的水體由于慣性作用而產生負壓，滿足空化條件；

磁流可控阻尼器，固定于支撐面上，且與載水觀察箱的底部連接，所述控制系統與磁流可控阻尼器電連接，并根據載水觀察箱的實際運動軌跡實時控制磁流可控阻尼器的阻力大小，以調整載水觀察箱的運動，使載水觀察箱的運動滿足預期的周期運動，從而觀察周期性負壓條件下的空化現象。

本技術方案中，通過控制系統控制脈沖沖擊裝置，定時撞擊載水觀察箱，以便于自動化實現撞擊，解放了人力，也更好地控制力量和周期。其中，脈沖沖擊裝置在高速情況下，剛性撞擊箱體時，由于動量守恒，會讓箱體在瞬間具有超高加速度，以便于實驗研究空泡與加速度之間的關系。其中，還可通過控制系統控制脈沖沖擊裝置的力度大小，以研究空泡與加速度大小之間的關系。

其中，箱體通過脈沖沖擊裝置撞擊后，在導軌組件上，加速向下滑行，而箱體內的水體由于慣性，會在箱體加速下滑時，在箱體底部產生足夠的負壓條件誘發空化。同時，置于箱體底部的底板，在空化發生時，會誘發空泡的發生和引導空泡的發展過程，以便于研究空化規律。

進一步地，箱體的底部設有彈性件，該彈性件在無外力作用下，與箱體的重力保持平衡，起到支撐箱體的作用，而在箱體加速下滑時，彈性件受到箱體的壓迫而壓縮變形，同時利用彈性件的儲能和釋放能量原理，可形成載水觀察箱高頻周期振蕩，以便于研究高頻周期振蕩對空泡形態的影響。