CN115266018A - 一种实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置，包括依次连接的真空泵、第一传输单元、离心泵和第二传输单元，所述第二传输单元连接所述真空泵以形成封闭式循环水槽，所述真空泵用于将所述封闭式循环水槽内抽真空，所述离心泵用于驱动封闭式循环水槽内的溶液进行循环流动；其中，在所述第二传输单元上形成用于放置待试验的结构物模型且能够投射光源的试验段，所述溶液为能够使得所述试验段与该溶液匹配相同折射率的流体工质。本发明主要提出通过选择特定的流体工质，使其与试验段的折射率相同，从而降低光线在固液界面折射率不同而影响内部试验件(结构物模型)的测试结果。

Description

一种实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置及方法

技术领域

本发明涉及流体力学实验装置技术领域，具体涉及一种实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置及方法。

背景技术

流体力学面临着许多非定常复杂的流动测量问题，循环水槽是一种动力学实验的设备，可用来研究边界层、湍流、空化、尾流等问题，考虑到可以精细控制水槽内压强、温度、流量、流速等参数，大多采用封闭式循环水槽(参数可控，例如温度)。

在水槽实验装置的基础上，配备PIV技术，以实现各种流动的速度场的分析，进而分析其机理。而PIV技术需要借助打光来获取同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息(图片)，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。其中，光线在流场中是否分布均匀是获取速度分布信息的先决条件。

封闭式循环水槽的光源要从外部投射，在试验段(观测部分)与溶液之间的固液界面，以及试验件(结构物模型)与溶液之间的固液界面，由于溶液与试验件、试验段的折射率不同，且存在反射和散射的现象，从而导致在结构物模型处的光线分布不均匀，乃至部分区域过暗，从而导致难以进行测试，难以获取结构物周侧流畅的细节特征。

综上，现有技术中的封闭水槽难以实现对结构物近壁面处的流场细节的数据获取，以及对较为复杂的结构物时，由于光线的折射、散射和反射的影响，难以获取结构物内侧的流场细节特征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置及方法，以解决现有技术中的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

在本发明的第一个方面，提供了一种实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置，包括依次连接的真空泵、第一传输单元、离心泵和第二传输单元，所述第二传输单元连接所述真空泵以形成封闭式循环水槽，所述真空泵用于将所述封闭式循环水槽内抽真空，所述离心泵用于驱动封闭式循环水槽内的溶液进行循环流动；

其中，在所述第二传输单元上形成用于放置待试验的结构物模型且能够投射光源的试验段，所述溶液为能够使得所述试验段与该溶液匹配相同折射率的流体工质。

作为本发明一种优选地方案，所述流体工质为NaI溶液，所述NaI溶液的折射率与温度、质量浓度均呈正相关关系，且具有峰值，所述NaI溶液在预设温度和预设质量浓度下能够与所述试验段的折射率相同；

其中，所述结构物模型用于测试其周侧流场，所述结构物模型与所述试验段设置为相同的折射率。作为本发明一种优选地方案，在所述第二传输单元上设置有温控单元，所述温控单元用于调控所述流体工质的温度以微调所述流体工质的折射率使其匹配等于所述试验段的折射率。

作为本发明一种优选地方案，所述试验段为所述第二传输单元的其中一段，所述试验段为透明状，且所述试验段还用于观察其内部的所述结构物模型在进行测试时的情况。

作为本发明一种优选地方案，所述试验段为高硼硅空心玻璃柱。

作为本发明一种优选地方案，所述第二传输单元包括依次连接的整流段、第一渐变管、试验段、第二渐变管和异型段，所述整流段靠近所述离心泵设置，所述异型段靠近所述真空泵设置；所述第一渐变管用于使从所述试验段内流出的水流通道变大，以减小所述试验段内的溶液压力；

所述第二渐变管使进入所述试验段内的水流缓慢；

所述异型段用于过渡所述第二渐变管内的来流流场；

所述整流段用于调整流场。

作为本发明一种优选地方案，所述温控单元包括设置在所述整流段内的调温管路，以及设置在水槽实验装置外部的冷水循环***和热水循环***，所述冷水循环***和所述热水循环***均与所述调温管路形成闭环循环水路；且所述冷水循环***和所述热水循环***均能够调控其供应水的温度。

作为本发明一种优选地方案，所述温控单元包括设置在所述整流段内的调温管路，以及设置在水槽实验装置外部的冷水机和热水机，所述冷水机和所述热水机连接外恒温循环管路，所述外恒温循环管路与所述调温管路连接形成能够始终保持设定温度的恒温水循环，所述设定温度通过所述冷水机和所述热水机配合调控实现。

在本发明的第二个方面，还提供了一种基于上述实验装置的实现流场折射率匹配的循环水槽实验方法，包括如下步骤：

步骤100、依据试验段的折射率，以及折射率分别与溶液质量浓度、溶液温度的正相关关系，预先匹配预设质量浓度和预设温度的NaI溶液，以使得NaI溶液的折射率在所述预设质量浓度和预设温度下等于所述试验段的折射率；

步骤200、依据所述相关关系，计算实际质量浓度与预设质量浓度的浓度差值与实际温度与预设温度的温度差值之间的差值关系式；

步骤300、真空泵抽真空，在所述封闭式循环水槽内形成真空状态，并密封通入预设量的NaI溶液，同时启动离心泵驱动封闭式循环水槽内的NaI溶液进行循环流动；

步骤400、实时监测所述封闭式循环水槽内的NaI溶液的质量浓度和温度；

当温度低于所述预设温度时，启用冷水循环***调节所述NaI溶液至预设温度；当温度高于所述预设温度时，启用热水循环***调节所述NaI溶液至预设温度；

当质量浓度低于所述预设质量浓度时，添加所述NaI至所述封闭式循环水槽内直至其达到预设质量浓度，或依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第一补偿温度，并启用热水循环***调节所述NaI溶液至所述第一补偿温度；

当质量浓度高于所述预设质量浓度时，依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第二补偿温度，启用冷水循环***调节所述NaI溶液至所述第二补偿温度，以平衡所述试验段和所述NaI溶液的折射率使其相同；

步骤400、直至所述封闭式循环水槽内形成稳定条件的NaI溶液循环流，以为结构物模型的应用模拟测试提供稳定的模拟环境。

在本发明的第三个方面，还提供了一种基于上述实验装置的实现流场折射率匹配的循环水槽实验方法，包括如下步骤：

步骤100、依据试验段的折射率，以及折射率分别与溶液质量浓度、溶液温度的正相关关系，预先匹配预设质量浓度和预设温度的NaI溶液，以使得NaI溶液的折射率在所述预设质量浓度和预设温度下等于所述试验段的折射率；

步骤200、依据所述相关关系，计算实际质量浓度与预设质量浓度的浓度差值与实际温度与预设温度的温度差值之间的差值关系式；

步骤300、真空泵抽真空，在所述封闭式循环水槽内形成真空状态，并密封通入预设量的NaI溶液，同时启动离心泵驱动封闭式循环水槽内的NaI溶液进行循环流动；

步骤400、通过所述冷水机和所述热水机在所述调温管路内形成预设温度的恒温水循环，以保持所述封闭式循环水槽中NaI溶液的所述预设温度；

步骤500、实时监测实时监测所述封闭式循环水槽内的NaI溶液的质量浓度；

当质量浓度低于所述预设质量浓度时，添加所述NaI至所述封闭式循环水槽内直至其达到预设质量浓度，或依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第三补偿温度，并启动所述冷水机和所述热水机调节所述恒温水循环中的温度至所述第三补偿温度；

当质量浓度高于所述预设质量浓度时，依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第四补偿温度，并启东所述冷水机和所述热水机调节所述恒温水循环中的温度至所述第四补偿温度，以平衡所述试验段和所述NaI溶液的折射率使其相同；

步骤600、直至所述封闭式循环水槽内形成稳定条件的NaI溶液循环流，以为结构物模型的应用模拟测试提供稳定的模拟环境。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明主要提出通过选择特定的流体工质，使其与试验段的折射率相同，从而降低光线在固液界面折射率不同而影响内部试验件(结构物模型)的测试结果。

本发明进一步提出在流体工质浓度和/或温度发生变化的情况下，导致折射率发生改变时的调控方法，能够在线调整封闭式循环水槽内溶液的折射率以使其匹配结构物模型和试验段的折射率，以提供稳定的测试环境；进而降低由于固液界面折射率不同而对模拟测试的影响，增强对结构物近壁面处的流场细节的数据获取，从而也能够降低结构物上光线的折射、散射和反射的影响，从而能够获取乃至更精细的获取结构物内侧的流场细节特征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明的循环水槽实验装置的结构示意图；

图2为本发明温控方案的总体示意图。

图3为本发明匹配折射率后的PIV拍摄圆柱绕流示意图；

图4为本发明未匹配折射率的PIV拍摄圆柱绕流示意图；

图5为本发明玻璃柱折射率匹配(去除圆柱边缘后)PIV实验中拍摄圆柱绕流示意图；

图中的标号：

图中的标号：

1、第一传输单元；2、第二传输单元；3、真空泵；4、离心泵；5、试验段；6、流量计量单元；7、支撑架；

11、第一弯曲部；111、第五传输口；112、第六传输口；12、第二弯曲部；121、第一倾斜部；122、第七传输口；123、第八传输口；13、第一揉接部；

21、延伸部、；211、封闭件；22、第三渐变管；221、第九传输口；222、第十传输口；223、第三管壁；23、通气阀；24、第一渐变管；241、第二传输口；242、第一管壁；243、第一传输口；25、第二渐变管；251、第三传输口；252、第二管壁；253、第四传输口；26、异型段；261、第四管壁；262、第五管壁；263、第一管口；264、第二管口；27、整流段；271、蜂窝器；272、阻尼网；28、第二揉接部；

51、第一观测单元口；52、观测架；53、透明观测窗；54、溶解氧测量设备；55、第二观测单元口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置，实质上是基于现有的封闭式循环水槽实验装置提出一种能够降低/解决固液界面光线折射不同、以及存在反射和散射的现象而导致导致光分布不均匀，乃至部分区域光线不好的问题，进而导致周围精细流场无法准确获取的问题。

其中，循环水槽实验装置一般性的包括依次连接的真空泵3、第一传输单元1、离心泵4和第二传输单元2，所述第二传输单元2连接所述真空泵3以形成封闭式循环水槽，所述真空泵3用于将所述封闭式循环水槽内抽真空，所述离心泵4用于驱动封闭式循环水槽内的溶液进行循环流动；

其中，在所述第二传输单元2上形成用于放置待试验的结构物模型且能够投射光源的试验段5，所述溶液为能够使得所述试验段5与该溶液匹配相同折射率的流体工质。结构物模型用于测试其周侧流场。

本实施例首先提出让试验段与溶液的折射率匹配，解决光源投射至结构物之前由于固液界面折射率不同而存在的影响，主要适用于结构比较简单的试验件，因为对于结构比较简单的试验件而言，对光线分布的均匀性的影响实质上比较小。

虽然从表面来看，本实施例只是增加了试验段和溶液的折射率匹配方案，但其并不是较为容易获得的，实际实验的实现过程中，难点包括：环境是会发生变化的，溶液的选取，溶液与试验段的折射率与环境参数(浓度、温度等)的关系，从而对发生变化时的调控方案无法准确获取，需要通过深度的分析和试验才能比较困难的获取。

其中，流体工质为所有能够满足试验条件，以及能够与试验段折射率进行匹配的一般性溶液，采用的溶液的折射率与温度、质量浓度均呈正相关关系，且具有峰值(即为当温度和浓度高到一定值时，折射率不再发生变化)，本实施方式优选为NaI溶液，其优点是无毒，据目前所知，其他适用的溶液至少有微毒。

同理，NaI溶液在预设温度和预设质量浓度下能够与所述试验段(5)的折射率相同其中，预设温度和预设质量浓度是通过预先试验来获取的。实际上，NaI溶液的折射率与温度、质量浓度的关系为正线性关系。

以下，为了扩大该实验装置的适用性，使其适用更为复杂的试验件(结构物模型)，本实施例进一提供采用将结构物模型与所述试验段设置为相同的折射率，优选为采用相同材质制作试验段和结构物模型。

在预先匹配好折射率数据的前提下完成水槽装置的闭环运作准备，之后，NaI溶液的温度会因为时间和外在因素发生变化，浓度也可能发生变化(影响比较小)，对此，本申请进一步提供一种温控方案，主要用于调控NaI溶液的温度参数。

具体方案为：在所述第二传输单元2上设置有温控单元，所述温控单元用于调控所述流体工质的温度以微调所述流体工质的折射率使其匹配等于所述试验段5的折射率。

优选的，将所述试验段5为所述第二传输单元2的其中一段，所述试验段5为透明状，且所述试验段5还可以用于观察其内部的所述结构物模型在进行测试时的情况。进一步的，所述试验段5为高硼硅空心玻璃柱。

由于溶液质量浓度与温度都与折射率呈正相关关系，因此可以通过试验模拟和/或计算来获取环境变化的调控方案，其主要的难点除了上述提到的，还有当浓度发生变化，在闭环的水槽装置中，不容易在线调控溶液的浓度，具体方案如下的温控单元以及后面提出的两种实验方法。

为了在实验过程中，减少试验段的流场不稳定或压力过大的问题，将该实验装置的第二传输单元2设置为包括依次连接的整流段27、第一渐变管24、试验段5、第二渐变管25和异型段26，所述整流段27靠近所述离心泵4设置，所述异型段26靠近所述真空泵3设置；

其中，所述第一渐变管24用于使从所述试验段5内流出的水流通道变大，以减小所述试验段5内的溶液压力；所述第二渐变管25使进入所述试验段5内的水流缓慢；所述异型段26用于过渡所述第二渐变管25内的来流流场；所述整流段27用于调整流场。

以下提供两种温控的方案，从不同的角度实现对溶液温度的调控。

温控方案一，温控单元包括设置在所述整流段(27)(整流段的流场比较稳定)内的调温管路，以及设置在水槽实验装置外部的冷水循环***和热水循环***，所述冷水循环***和所述热水循环***均与所述调温管路形成闭环循环水路；且所述冷水循环***和所述热水循环***均能够调控其供应水的温度。

该方案主要是通过纯粹独立的进行升温和降温的操作，来实现调温管路中水循环的温度，从而与溶液进行热交换，从而调控溶液的温度。

该方案中，调温管路中的水温可以依据溶液当前温度与预设温度(匹配折射率的温度)差值的大小，从而选择不同的循环水温，例如，当差值比较大时，可以选择较大的水温，这样能够更快速的达到调控的目的，但差值比较小事，同理。

但该方案需要依靠水温监测来确保调控结束的节点，而且容易存在一点微弱的差异。但已然足够满足条件，且其差异基本可以忽略。主要适用于环境影响因素比较小的测试(例如溶液的温度与室温相近的情况下)，这样溶液的温度的再次发生变化的程度不明显。

当然也可以在调温后，让其中一个循环在外形成与预设温度(折射率匹配时的温度)相同的水循环，始终保持，或者保持与计算获取应当调控的目标温度相同的循环。

温控方案二、温控单元包括设置在所述整流段27内的调温管路，以及设置在水槽实验装置外部的冷水机和热水机，所述冷水机和所述热水机连接外恒温循环管路，所述外恒温循环管路与所述调温管路连接形成能够始终保持设定温度的恒温水循环，所述设定温度通过所述冷水机和所述热水机配合调控实现。

该方案主要是通过建立一个外恒温水循环，让其始终保持与预设温度相同的循环，或者保持与计算获取应当调控的目标温度相同的循环。

本实施方式还包括温度监测和浓度监测装置，用于实现对溶液的温度和浓度的检测。

温控的方案主体构思是：

运行水泵，溶液循环流动；

溶液温度T1和循环水冷管***(温控单元)温度T2进行比较，当T1大于T2时，增加T2，反之则减小T2直至T1＝T2才开始进行试验。

具体的，针对温控方案一，本实施方式提供了一种实现流场折射率匹配的循环水槽实验方法，包括如下步骤：

步骤100、依据试验段的折射率，以及折射率分别与溶液质量浓度、溶液温度的正相关关系，预先匹配预设质量浓度和预设温度的NaI溶液，以使得NaI溶液的折射率在所述预设质量浓度和预设温度下等于所述试验段的折射率；

步骤200、依据所述相关关系，计算实际质量浓度与预设质量浓度的浓度差值与实际温度与预设温度的温度差值之间的差值关系式；

步骤300、真空泵抽真空，在所述封闭式循环水槽内形成真空状态，并密封通入预设量的NaI溶液，同时启动离心泵驱动封闭式循环水槽内的NaI溶液进行循环流动；

步骤400、实时监测所述封闭式循环水槽内的NaI溶液的质量浓度和温度；

当温度低于所述预设温度时，启用冷水循环***调节所述NaI溶液至预设温度；当温度高于所述预设温度时，启用热水循环***调节所述NaI溶液至预设温度；

当质量浓度低于所述预设质量浓度时，添加所述NaI至所述封闭式循环水槽内直至其达到预设质量浓度，或依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第一补偿温度，并启用热水循环***调节所述NaI溶液至所述第一补偿温度；

当质量浓度高于所述预设质量浓度时，依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第二补偿温度，启用冷水循环***调节所述NaI溶液至所述第二补偿温度，以平衡所述试验段和所述NaI溶液的折射率使其相同；

步骤500、直至所述封闭式循环水槽内形成稳定条件的NaI溶液循环流，以为结构物模型的应用模拟测试提供稳定的模拟环境。

具体的，针对温控方案二，本实施方案提供了一种实现流场折射率匹配的循环水槽实验方法，包括如下步骤：

步骤100、依据试验段的折射率，以及折射率分别与溶液质量浓度、溶液温度的正相关关系，预先匹配预设质量浓度和预设温度的NaI溶液，以使得NaI溶液的折射率在所述预设质量浓度和预设温度下等于所述试验段的折射率；

步骤200、依据所述相关关系，计算实际质量浓度与预设质量浓度的浓度差值与实际温度与预设温度的温度差值之间的差值关系式；

步骤300、真空泵抽真空，在所述封闭式循环水槽内形成真空状态，并密封通入预设量的NaI溶液，同时启动离心泵驱动封闭式循环水槽内的NaI溶液进行循环流动；

步骤400、通过所述冷水机和所述热水机在所述调温管路内形成预设温度的恒温水循环，以保持所述封闭式循环水槽中NaI溶液的所述预设温度；

步骤500、实时监测实时监测所述封闭式循环水槽内的NaI溶液的质量浓度；

当质量浓度低于所述预设质量浓度时，添加所述NaI至所述封闭式循环水槽内直至其达到预设质量浓度，或依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第三补偿温度，并启动所述冷水机和所述热水机调节所述恒温水循环中的温度至所述第三补偿温度；

当质量浓度高于所述预设质量浓度时，依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第四补偿温度，并启东所述冷水机和所述热水机调节所述恒温水循环中的温度至所述第四补偿温度，以平衡所述试验段和所述NaI溶液的折射率使其相同；

步骤600、直至所述封闭式循环水槽内形成稳定条件的NaI溶液循环流，以为结构物模型的应用模拟测试提供稳定的模拟环境。

本发明采用这两种方案各有优点，实际情况依据需要选择性使用，综上，本发明主要提出在流体工质浓度和/或温度发生变化的情况下，导致折射率发生改变时的调控方法，能够在线调整封闭式循环水槽内溶液的折射率以使其匹配结构物模型和试验段的折射率，以提供稳定的测试环境；进而降低由于固液界面折射率不同而对模拟测试的影响，增强对结构物近壁面处的流场细节的数据获取，从而也能够降低结构物上光线的折射、散射和反射的影响，从而能够获取乃至更精细的获取结构物内侧的流场细节特征。

本发明的实验装置和方法可获得不同棒束排列方式条件、不同流量条件棒束周围详细的绕流流场，可以透过结构物的一些外表面结构看到结构内部的一些流场绕流现象，更能捕捉全场的流动细节与全貌，具体的示例如图3至图5所示。

以下对循环水槽实验装置的其他部分进行说明：

在第一传输单元1上设置有流量计量单元6，用于具体实验的测试需要。

试验段5适宜流场的观察和试验模型的观察，借助于PIV技术即可通过试验段5来捕捉和测量封闭式循环水槽内的流场绕流现象等细节信息。

所述试验段包括观测架，所述观测架上设置有透明观测窗，所述溶解氧测量设备连接设置在所述观测架内；

所述试验段上分别设置有第一试验段口和第二试验段口。

观测架52既起到支撑观测单元5的作用，又可支撑其它测量装置放置在观测单元5上。其中，观测架52可采用高硼硅玻璃材质，透明观测窗53采用现有技术中的有机玻璃材质，除观测单元5以外，其他部分均为不锈钢材质，以保证装置整体的稳定性与安全性。

为了控制离心泵的转速，实现调节溶液的流量与流速，离心泵还可以连接有变频器。。

溶解氧测量设备54采用现有技术中的溶解氧测量仪，用于测量试验段5内溶液中溶解氧含量。

整流段27内的调温管路后设置蜂窝器271，在蜂窝器271后设置多张阻尼网272，蜂窝器271进一步消除水洞自身循环产生的大尺度紊动结构引起的横向脉动。阻尼网272将大尺度涡旋分割为小尺度涡旋，减少涡对观测单元内的流场影响。

第一渐变管24包括第一管壁242，靠近离心泵口55侧的第一管壁242上设置有第一传输口243，第一传输口243与第一观测单元口51相连接，远离第一观测单元口51侧的第一管壁242上设置有第二传输口241；

第一传输口243小于第二传输口241。

第一管壁242、第一传输口243及第二传输口241共同组成第一渐变管24。第一传输口243小于第二传输口241，使第一管壁242从观测单元5侧向真空泵3侧倾斜。

第二渐变管25包括第二管壁252，靠近离心泵口55侧的第二管壁252上设置有第三传输口251，远离离心泵口55侧的第二管壁252上设置有第四传输口253，第三传输口251与离心泵口55相连接，第四传输口253与异型段26相连接；

第三传输口251小于第四传输253口。

第二管壁252、第三传输口251及第四传输口253共同组成第二渐变管25。第三传输口251小于第四传输口253，使第二管壁252从离心泵4侧向观测单元5侧倾斜。

第一传输单元1上分别设置有第一弯曲部11和第二弯曲部12；第一弯曲部11使经过第二渐变管25的溶液改变方向，实现减少溶液压力，辅助实现封闭式循环水槽的压力稳定。

第一弯曲部11包括第五传输口111和第六传输口112，第五传输口111与第六传输口112的大小相同；

第二弯曲部12包括第七传输口122和第八传输口123，第七传输口122与第八传输口123的大小相同且小于第五传输口111；

第七传输口122小于靠近第七传输口122侧的第一传输单元1的径向，第七传输口122与靠近第七传输口122侧的第一传输单元1之间设置有第一倾斜部121。

第五传输口111与第六传输口112的大小相同，使溶液流经第一弯曲部11时的管径相同。第七传输口122与第八传输口123的大小相同且小于第五传输口111，实现了第一传输单元1的管径变化，从而使流经第一倾斜部121的流体增加了压力，辅助离心泵4的运行。

异型段26包括异型管，异型管包括第四管壁261，第四管壁261的外部设置有第五管壁262，靠近试验段5侧的第四管壁261的端部与靠近试验段5侧的第五管壁262的端部相连接，远离试验段5侧的第四管壁261的端部与远离试验段5侧的第第五管壁262的端部不连接。

靠近试验段5侧的第四管壁261的端部设置有第一管口263，远离试验段5侧的第四管壁261的端部设置有第二管口264，远离试验段5侧的第五管壁262的端部设置有第三管口，第一管口263大于第二管口264，第二管口264与第一传输单元1相连接，第三管口与第一弯曲部11的外表面相连接。

在本实施例中，靠近试验段5侧的第四管壁261的端部与靠近试验段5侧的第五管壁262的端部共同使用第一管口263，并且第二管口264小于第三管口，使溶液流过异型管的管径不同，增加异型管内溶液的压力，有利于观测单元5内的溶液的流态稳定。

第二传输单元2上设置有第三渐变管22，第三渐变管22包括第三管壁223，靠近观测单元5侧的第三管壁223上设置有第九传输口221，靠近第一传输单元1侧的第三管壁223上设置有第十传输口222；

第九传输口221大于第十传输口222。

在本实施例中，第三渐变管22实现突扩效能密度，减小水泵对流态的影响。

本发明提供的又一实施例，如图1所示，靠近第三渐变管22处的第二传输单元2上还设置有延伸部21，远离离心泵4侧的延伸部21的端部设置有可拆卸的封闭件211。

在本实施例中，延伸部21可连接至其它试验设备或试验装置。

靠近第一渐变管24的第二传输单元2上也设置有真空泵。

靠近离心泵4侧的第一传输单元1上设置有第一揉接部13，靠近离心泵4侧的第二传输单元2上设置有第二揉接部28。第一揉接部13和第二揉接部28缓冲了离心泵4转动带来的振动，减轻机械振动对观测单元5内流场的扰动。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置，其特征在于，

包括依次连接的真空泵(3)、第一传输单元(1)、离心泵(4)和第二传输单元(2)，所述第二传输单元(2)连接所述真空泵(3)以形成封闭式循环水槽，所述真空泵(3)用于将所述封闭式循环水槽内抽真空，所述离心泵(4)用于驱动封闭式循环水槽内的溶液进行循环流动；

其中，在所述第二传输单元(2)上形成用于放置待试验的结构物模型且能够投射光源的试验段(5)，所述溶液为能够使得所述试验段(5)与该溶液匹配相同折射率的流体工质。

2.根据权利要求1所述实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置，其特征在于，

所述流体工质为NaI溶液，所述NaI溶液的折射率与温度、质量浓度均呈正相关关系，且具有峰值，所述NaI溶液在预设温度和预设质量浓度下能够与所述试验段(5)的折射率相同；

其中，所述结构物模型用于测试其周侧流场，所述结构物模型与所述试验段设置为相同的折射率。

3.根据权利要求2所述实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置，其特征在于，

在所述第二传输单元(2)上设置有温控单元，所述温控单元用于调控所述流体工质的温度以微调所述流体工质的折射率使其匹配等于所述试验段(5)的折射率。

4.根据权利要求1-3任一项所述实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置，其特征在于，

所述试验段(5)为所述第二传输单元(2)的其中一段，所述试验段(5)为透明状，且所述试验段(5)还用于观察其内部的所述结构物模型在进行测试时的情况。

5.根据权利要求4所述实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置，其特征在于，

所述试验段(5)为高硼硅空心玻璃柱。

6.根据权利要求3所述实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置，其特征在于，

所述第二传输单元(2)包括依次连接的整流段(27)、第一渐变管(24)、试验段(5)、第二渐变管(25)和异型段(26)，所述整流段(27)靠近所述离心泵(4)设置，所述异型段(26)靠近所述真空泵(3)设置；所述第一渐变管(24)用于使从所述试验段(5)内流出的水流通道变大，以减小所述试验段(5)内的溶液压力；

所述第二渐变管(25)使进入所述试验段(5)内的水流缓慢；

所述异型段(26)用于过渡所述第二渐变管(25)内的来流流场；

所述整流段(27)用于调整流场。

7.根据权利要求6所述实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置，其特征在于，

所述温控单元包括设置在所述整流段(27)内的调温管路，以及设置在水槽实验装置外部的冷水循环***和热水循环***，所述冷水循环***和所述热水循环***均与所述调温管路形成闭环循环水路；且所述冷水循环***和所述热水循环***均能够调控其供应水的温度。

8.根据权利要求6所述实现流场折射率匹配的循环水槽实验装置，其特征在于，

所述温控单元包括设置在所述整流段(27)内的调温管路，以及设置在水槽实验装置外部的冷水机和热水机，所述冷水机和所述热水机连接外恒温循环管路，所述外恒温循环管路与所述调温管路连接形成能够始终保持设定温度的恒温水循环，所述设定温度通过所述冷水机和所述热水机配合调控实现。

9.一种基于权利要求7所述实验装置的实现流场折射率匹配的循环水槽实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、依据试验段的折射率，以及折射率分别与溶液质量浓度、溶液温度的正相关关系，预先匹配预设质量浓度和预设温度的NaI溶液，以使得NaI溶液的折射率在所述预设质量浓度和预设温度下等于所述试验段的折射率；

步骤200、依据所述相关关系，计算实际质量浓度与预设质量浓度的浓度差值与实际温度与预设温度的温度差值之间的差值关系式；

步骤300、真空泵抽真空，在所述封闭式循环水槽内形成真空状态，并密封通入预设量的NaI溶液，同时启动离心泵驱动封闭式循环水槽内的NaI溶液进行循环流动；

步骤400、实时监测所述封闭式循环水槽内的NaI溶液的质量浓度和温度；

当温度低于所述预设温度时，启用冷水循环***调节所述NaI溶液至预设温度；当温度高于所述预设温度时，启用热水循环***调节所述NaI溶液至预设温度；

当质量浓度低于所述预设质量浓度时，添加所述NaI至所述封闭式循环水槽内直至其达到预设质量浓度，或依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第一补偿温度，并启用热水循环***调节所述NaI溶液至所述第一补偿温度；

当质量浓度高于所述预设质量浓度时，依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第二补偿温度，启用冷水循环***调节所述NaI溶液至所述第二补偿温度，以平衡所述试验段和所述NaI溶液的折射率使其相同；

步骤400、直至所述封闭式循环水槽内形成稳定条件的NaI溶液循环流，以为结构物模型的应用模拟测试提供稳定的模拟环境。

10.一种基于权利要求8所述实验装置的实现流场折射率匹配的循环水槽实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、依据试验段的折射率，以及折射率分别与溶液质量浓度、溶液温度的正相关关系，预先匹配预设质量浓度和预设温度的NaI溶液，以使得NaI溶液的折射率在所述预设质量浓度和预设温度下等于所述试验段的折射率；

步骤200、依据所述相关关系，计算实际质量浓度与预设质量浓度的浓度差值与实际温度与预设温度的温度差值之间的差值关系式；

步骤300、真空泵抽真空，在所述封闭式循环水槽内形成真空状态，并密封通入预设量的NaI溶液，同时启动离心泵驱动封闭式循环水槽内的NaI溶液进行循环流动；

步骤400、通过所述冷水机和所述热水机在所述调温管路内形成预设温度的恒温水循环，以保持所述封闭式循环水槽中NaI溶液的所述预设温度；

步骤500、实时监测实时监测所述封闭式循环水槽内的NaI溶液的质量浓度；

当质量浓度低于所述预设质量浓度时，添加所述NaI至所述封闭式循环水槽内直至其达到预设质量浓度，或依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第三补偿温度，并启动所述冷水机和所述热水机调节所述恒温水循环中的温度至所述第三补偿温度；

当质量浓度高于所述预设质量浓度时，依据当前质量浓度与所述预设质量浓度的差值，以及所述差值关系式计算获得能够使所述NaI溶液的折射率匹配至试验段的折射率的第四补偿温度，并启东所述冷水机和所述热水机调节所述恒温水循环中的温度至所述第四补偿温度，以平衡所述试验段和所述NaI溶液的折射率使其相同；

步骤600、直至所述封闭式循环水槽内形成稳定条件的NaI溶液循环流，以为结构物模型的应用模拟测试提供稳定的模拟环境。

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