CN106323595A - 附着型非定常空化流体内部结构观察装置及方法 - Google Patents

附着型非定常空化流体内部结构观察装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106323595A
CN106323595A CN201610687002.1A CN201610687002A CN106323595A CN 106323595 A CN106323595 A CN 106323595A CN 201610687002 A CN201610687002 A CN 201610687002A CN 106323595 A CN106323595 A CN 106323595A
Authority
CN
China
Prior art keywords
endoscope
cavitation
glass
endoscope lens
endoscopic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610687002.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106323595B (zh
Inventor
王国玉
王畅畅
黄彪
张敏弟
刘涛涛
张汉哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201610687002.1A priority Critical patent/CN106323595B/zh
Publication of CN106323595A publication Critical patent/CN106323595A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106323595B publication Critical patent/CN106323595B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

本发明属于船舶与水下航行器工程、水利水电工程技术领域，特别涉及附着型空化流体实验技术。附着型非定常空化流体内部结构观察装置，其技术方案是：它包括：水洞观察段，实验模型(1)，玻璃窗组件(13)，内窥镜相机(10)，内窥镜镜头(8)，内窥镜光源(7)，内窥镜照明***(9)，内窥镜图像显示器(12)和内窥镜图像采集存储电脑主机(11)；本发明利用内窥镜技术，为附着型非定常空化流体内部复杂结构的观察研究提供了有效手段。

Description

附着型非定常空化流体内部结构观察装置及方法
技术领域
本发明属于船舶与水下航行器工程、水利水电工程技术领域，特别涉及附着型空化流体实验技术。
背景技术
工程领域中的空化现象大多数是一种附着型空化。研究表明，空化的发展过程具有强烈的非定常特性，伴随着复杂的流体作用力。附着型空穴断裂及大尺度空泡云团的脱落和溃灭往往会产生剧烈的振动、噪声和压力脉冲，这些问题涉及到了多个工程领域里关键问题的解决。
附着型非定常空化流体流动涉及到湍流、动量和质量转换、可压缩性和非定常等几乎所有的复杂流动现象，这使得附着型非定常空化流体内部结构非常复杂，如各种漩涡结构(马蹄涡，发卡涡等)、回射流运动结构。尤其是，随着附着型空化流体内部含气率的增加，空化流体的声速会显著降低，一定工况下会导致泡状流激波的产生，已有学者对该激波诱导附着型空穴断裂及脱落机制进行研究。开展附着型空化流体内部复杂精细结构的研究工作对于提高对空化机理的认识具有重要意义，因此，亟需发明新的研究手段。
由于空化现象的复杂性，实验研究一直是推动人们对空化流动机理认识的基本方法，空化流动的常规研究设备主要有高速全流场显示技术、粒子测速技术(PIV)、激光多普勒测速(LDV)、激光诱导荧光(LIF)和微小型传感器。先进实验技术的发明，是推动人们对空化机理认识的重要途径，例如，北京理工大学的王国玉等分别采用高速摄像技术和粒子测速技术(PIV)研究了绕翼型和回转体的空穴形态演变过程以及空化流动的速度场。但高速摄像技术是针对空化流体整体形态演变进行观察，无法精确捕捉到空化流体内部众多复杂精细结构。
发明内容
本发明的目的是：针对现有测量设备无法精确捕捉空化流体内部各种精细结构的问题，提供了一种基于内窥镜的附着型非定常空化流体内部结构观察装置及方法。
本发明的技术方案是：附着型非定常空化流体内部结构观察装置，其特征是：它包括：水洞观察段，实验模型，玻璃窗组件，内窥镜相机，内窥镜镜头，内窥镜光源，内窥镜照明***，内窥镜图像显示器和内窥镜图像采集存储电脑主机；
水洞观察段包括：试验段，透明有机玻璃；试验段为矩形断面结构，顶面、前面以及侧面为便于观察的透明有机玻璃板；
实验模型为楔形结构，前部分为收缩段，后部分为扩张段，附着型空化发生在扩张段流动分离区域，在扩张段流动分离区域布置有两个玻璃窗组件安装螺纹孔；试验段底部与水洞观察段下部通过螺栓孔连接，在试验段底部铣出一圈密封槽，采用O型密封圈进行水密封；
玻璃窗组件包括：玻璃凸台，玻璃压圈和玻璃套；玻璃套上部的螺纹结构以与实验模型扩张段的螺纹孔相装配；
内窥镜相机用于拍摄内窥镜镜头所观察的图像；
内窥镜镜头通过长管探入玻璃窗组件进行观察；
内窥镜光源为内窥镜镜头观察区域提供照明；
内窥镜照明***控制内窥镜光源能量等级，保证内窥镜镜头观察区域的亮度达到拍摄要求；
内窥镜图像显示器用于对内窥镜镜头观察以及捕捉精细结构，根据内窥镜图像显示器提供图像对内窥镜镜头位置和内窥镜光源能量等级进行调节；
内窥镜图像采集存储电脑主机采集并存储内窥镜相机拍摄的图像。
附着型非定常空化流体内部结构观察方法，它使用如上所述的附着型非定常空化流体内部结构观察装置，并包括以下步骤：
a.调节流动参数，使实验模型的扩张段流动分离区域产生附着型空化；
b.通过内窥镜图像显示器观察内窥镜镜头是否观察到预期的空化结构，否则，移动内窥镜镜头位置；
c.设置内窥镜相机的采集频率以及采集时间长度；
d.调节内窥镜光源照明区域和光源能量等级，使得内窥镜镜头观察图像清晰；
e.当观察到预期空化结构产生条件时使用内窥镜相机采集图像；
f.内窥镜相机采集的图像信息存储至内窥镜图像采集存储电脑主机；
g.多工况多次重复试验；
h.在内窥镜图像显示器上观察多场同步采集的图像信息，并进行数据分析；
i.结束实验。
有益效果：本发明利用内窥镜对物体内部复杂精细结构的窥探优势技术，实现了对附着型非定常空化流体内部复杂结构的观察研究。
附图说明
图1为本发明装置部分的结构示意图；
图2为本发明装置部分中实验模型的结构示意图；
图3为本发明装置部分中玻璃窗组件的结构示意图；
图4为本发明装置部分中玻璃窗组件的剖视图；
图5为图4的仰视图。
具体实施方式
实施例1，参见附图1，附着型非定常空化流体内部结构观察装置，它包括：水洞观察段，实验模型1，玻璃窗组件13，内窥镜相机10，内窥镜镜头8，内窥镜光源7，内窥镜照明***9，内窥镜图像显示器12和内窥镜图像采集存储电脑主机11；
水洞观察段包括：试验段3，透明有机玻璃2；试验段3为矩形断面结构，顶面、前面以及侧面为便于观察的透明有机玻璃板2；
参见附图2，实验模型1为楔形结构，前部分为收缩段，后部分为扩张段，附着型空化发生在扩张段流动分离区域4，在扩张段流动分离区域4布置有两个玻璃窗组件安装螺纹孔5，6；试验段3底部与水洞观察段下部通过螺栓孔14连接，在试验段3底部铣出一圈密封槽15，采用O型密封圈进行水密封；
参见附图3-5，玻璃窗组件13包括：玻璃凸台13-1，玻璃压圈13-2和玻璃套13-3；玻璃套13-3上部的螺纹结构以与实验模型1扩张段的螺纹孔5，6相装配；玻璃套13-3下部为便于扳手安装的六棱柱结构；
内窥镜相机10用于拍摄内窥镜镜头8所观察的图像；内窥镜相机10安装时采用橡胶隔震垫和海绵隔震垫双重隔震措施；
内窥镜镜头8通过长管探入玻璃窗组件13进行观察；
内窥镜光源7为内窥镜镜头8观察区域提供照明；
内窥镜照明***9控制内窥镜光源7能量等级，保证内窥镜镜头8观察区域的亮度达到拍摄要求；
内窥镜图像显示器12用于对内窥镜镜头8观察以及捕捉精细结构，根据内窥镜图像显示器12显示的画面对内窥镜镜头8位置和内窥镜光源7能量等级进行调节；
内窥镜图像采集存储电脑主机11采集并存储内窥镜相机10拍摄的图像。
实施例2，附着型非定常空化流体内部结构观察方法，它使用如实施例1所述的附着型非定常空化流体内部结构观察装置，并包括以下步骤：
a.调节流动参数，使实验模型1的扩张段流动分离区域4产生附着型空化；
b.通过内窥镜图像显示器12观察内窥镜镜头8是否观察到预期的空化结构，否则，移动内窥镜镜头8位置；
c.设置内窥镜相机10的采集频率以及采集时间长度；
d.调节内窥镜光源7照明区域和光源能量等级，使得内窥镜镜头8观察图像清晰；
e.当观察到预期空化结构产生条件时使用内窥镜相机10采集图像；
f.内窥镜相机10采集的图像信息存储至内窥镜图像采集存储电脑主机11；
g.多工况多次重复试验；
h.在内窥镜图像显示器12上观察多场同步采集的图像信息，并进行数据分析；
i.结束实验。

Claims (3)

1.附着型非定常空化流体内部结构观察装置，其特征是：它包括：水洞观察段，实验模型(1)，玻璃窗组件(13)，内窥镜相机(10)，内窥镜镜头(8)，内窥镜光源(7)，内窥镜照明***(9)，内窥镜图像显示器(12)和内窥镜图像采集存储电脑主机(11)；
所述水洞观察段包括：试验段(3)，透明有机玻璃(2)；所述试验段(3)为矩形断面结构，顶面、前面以及侧面为便于观察的所述透明有机玻璃板(2)；
所述实验模型(1)为楔形结构，前部分为收缩段，后部分为扩张段，附着型空化发生在扩张段流动分离区域(4)，在所述扩张段流动分离区域(4)布置有两个玻璃窗组件安装螺纹孔(5，6)；所述试验段(3)底部与所述水洞观察段下部通过螺栓孔(14)连接，在所述试验段(3)底部铣出一圈密封槽(15)，采用O型密封圈进行水密封；
所述玻璃窗组件(13)包括：玻璃凸台(13-1)，玻璃压圈(13-2)和玻璃套(13-3)；所述玻璃套(13-3)上部的螺纹结构以与所述实验模型(1)扩张段的所述螺纹孔(5，6)相装配；
所述内窥镜相机(10)用于拍摄所述内窥镜镜头(8)所观察的图像；
所述内窥镜镜头(8)通过长管探入所述玻璃窗组件(13)进行观察；
所述内窥镜光源(7)为所述内窥镜镜头(8)观察区域提供照明；
所述内窥镜照明***(9)控制所述内窥镜光源(7)能量等级，保证所述内窥镜镜头(8)观察区域的亮度达到拍摄要求；
所述内窥镜图像显示器(12)用于对所述内窥镜镜头(8)观察以及捕捉精细结构，根据所述内窥镜图像显示器(12)提供图像对所述内窥镜镜头(8)位置和所述内窥镜光源(7)能量等级进行调节；
所述内窥镜图像采集存储电脑主机(11)采集并存储所述内窥镜相机(10)拍摄的图像。
2.根据权利要求1所述的附着型非定常空化流体内部结构观察装置，其特征是：所述内窥镜相机(10)安装时采用橡胶隔震垫和海绵隔震垫双重隔震措施；所述玻璃套(13-3)下部为便于扳手安装的六棱柱结构。
3.附着型非定常空化流体内部结构观察方法，它使用如权利要求1或2所述的附着型非定常空化流体内部结构观察装置，并包括以下步骤：
a.调节流动参数，使所述实验模型(1)的所述扩张段流动分离区域(4)产生附着型空化；
b.通过所述内窥镜图像显示器(12)观察所述内窥镜镜头(8)是否观察到预期的空化结构，否则，移动所述内窥镜镜头(8)位置；
c.设置所述内窥镜相机(10)的采集频率以及采集时间长度；
d.调节所述内窥镜光源(7)照明区域和光源能量等级，使得所述内窥镜镜头(8)观察图像清晰；
e.当观察到预期空化结构产生条件时使用所述内窥镜相机(10)采集图像；
f.所述内窥镜相机(10)采集的图像信息存储至所述内窥镜图像采集存储电脑主机(11)；
g.多工况多次重复试验；
h.在所述内窥镜图像显示器(12)上观察多场同步采集的图像信息，并进行数据分析；
i.结束实验。
CN201610687002.1A 2016-08-18 2016-08-18 附着型非定常空化流体内部结构观察装置及方法 Active CN106323595B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610687002.1A CN106323595B (zh) 2016-08-18 2016-08-18 附着型非定常空化流体内部结构观察装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610687002.1A CN106323595B (zh) 2016-08-18 2016-08-18 附着型非定常空化流体内部结构观察装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106323595A true CN106323595A (zh) 2017-01-11
CN106323595B CN106323595B (zh) 2018-06-15

Family

ID=57744338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610687002.1A Active CN106323595B (zh) 2016-08-18 2016-08-18 附着型非定常空化流体内部结构观察装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106323595B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107907296A (zh) * 2017-10-27 2018-04-13 清华大学 水洞实验用非定常空化流激振动多场同步测量***
CN108181088A (zh) * 2017-11-28 2018-06-19 陈宣佑 一种船舶用螺旋桨推进器检测方法及装置
CN109738153A (zh) * 2019-01-08 2019-05-10 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） 一种超空泡内部流动测试装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102494869A (zh) * 2011-12-27 2012-06-13 东南大学 稠密两相流颗粒速度和浓度空间分布的测量装置
US20130068247A1 (en) * 2011-09-20 2013-03-21 Gyrus Medical, Inc. Methods and apparatus for cleaning surgical instruments
CN103149011A (zh) * 2013-03-06 2013-06-12 中国船舶重工集团公司第七○二研究所 形成高速稳定流场的试验装置及方法
CN104102783A (zh) * 2014-07-18 2014-10-15 安徽工业大学 一种关于水下螺旋桨梢涡空化的数值预报方法
CN104807612A (zh) * 2015-05-05 2015-07-29 北京理工大学 基于循环水洞的非定常空化流动多场同步测量***
CN204535953U (zh) * 2015-03-17 2015-08-05 北京理工大学 一种用于观测通气空化流场规律的装置
CN105548006A (zh) * 2015-11-27 2016-05-04 陕西师范大学 一种检测超声空化强度的***
CN105628359A (zh) * 2015-12-27 2016-06-01 北京工业大学 一种柴油机单体泵燃油***平衡阀动态可视化试验装置及试验方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130068247A1 (en) * 2011-09-20 2013-03-21 Gyrus Medical, Inc. Methods and apparatus for cleaning surgical instruments
CN102494869A (zh) * 2011-12-27 2012-06-13 东南大学 稠密两相流颗粒速度和浓度空间分布的测量装置
CN103149011A (zh) * 2013-03-06 2013-06-12 中国船舶重工集团公司第七○二研究所 形成高速稳定流场的试验装置及方法
CN104102783A (zh) * 2014-07-18 2014-10-15 安徽工业大学 一种关于水下螺旋桨梢涡空化的数值预报方法
CN204535953U (zh) * 2015-03-17 2015-08-05 北京理工大学 一种用于观测通气空化流场规律的装置
CN104807612A (zh) * 2015-05-05 2015-07-29 北京理工大学 基于循环水洞的非定常空化流动多场同步测量***
CN105548006A (zh) * 2015-11-27 2016-05-04 陕西师范大学 一种检测超声空化强度的***
CN105628359A (zh) * 2015-12-27 2016-06-01 北京工业大学 一种柴油机单体泵燃油***平衡阀动态可视化试验装置及试验方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107907296A (zh) * 2017-10-27 2018-04-13 清华大学 水洞实验用非定常空化流激振动多场同步测量***
CN108181088A (zh) * 2017-11-28 2018-06-19 陈宣佑 一种船舶用螺旋桨推进器检测方法及装置
CN108181088B (zh) * 2017-11-28 2018-11-23 陈宣佑 一种船舶用螺旋桨推进器检测方法及装置
CN109738153A (zh) * 2019-01-08 2019-05-10 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） 一种超空泡内部流动测试装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106323595B (zh) 2018-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106289721B (zh) 附着型非定常空化流体内部激波结构捕捉装置及捕捉方法
CN104807612B (zh) 基于循环水洞的非定常空化流动多场同步测量***
CN106323595B (zh) 附着型非定常空化流体内部结构观察装置及方法
CN102650566B (zh) 水平超空泡与自由面相互作用的实验装置
CN104155188A (zh) 一种天然气水合物沉积物力学特性可视化试验装置
CN106323590A (zh) 物体稳定多角度入水实验装置
CN101919711A (zh) 基于多普勒图像信息的心脏流场速度矢量场可视化描述方法
CN209727611U (zh) 脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验***
CN109724867A (zh) 脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验***及方法
CN104198013B (zh) 基于机器视觉技术的水位测量装置
CN203921173U (zh) 一种水下回收装置
Han et al. Dynamic jamming of dense suspensions under tilted impact
CN104401470B (zh) 一种水下测量机器人
CN106640019B (zh) 压裂作业模拟实时监测***及其模拟测试方法
CN102507137B (zh) 平面超空泡发生装置
CN114459727A (zh) 用于swtbli非定常特性研究的实验***及方法
CN205720202U (zh) 一种水下探视仪
CN108196086A (zh) 一种倒置多普勒流速仪探头测量水体表面流速的测量装置及其使用方法
CN209727715U (zh) 一种耦合作用下微尺度流动可视化测试装置
CN109297679A (zh) 一种基于piv速度场的空泡溃灭压力测量方法
CN204188610U (zh) 一种离体血管微气泡灌流装置
CN104596584B (zh) 在试验模型或天然河流中原位实时测量卵石运动的装置
CN208601524U (zh) 带自主分布动力的多关节仿生蝎尾
CN208795719U (zh) 一种水下高压气体连续爆喷装置及实验平台
Anschau et al. Application of a stereo PIV system for investigations of flow fields in towing tank and cavitation tunnel

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant