一种流体音速特性的测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种流体音速特性的测量装置系统，属于流体力学领域。
【背景技术】
[0002] 管路中的音速是流体的一种物理特性，音速与流体的密度、溫度、压力密切相关， 而流体的密度主要与流体的溫度相关，所W需要测量出在不同溫度、不同压力下的流体音 速。 传统的音速测量方法是在管路中测量水击波的速度。在阀口前端管路安装两个脉动压 力传感器，利用测量阀口瞬间关闭时产生的水击波确定管路中流体的音速。 液体管路水击时，液压水击波的传播速度等于液体中的音速。采用水击法来测量流体 音速:在流体管路输送动态特性水力试验时，阀口的瞬间关闭将产生直接水击。管路的水击 是一个快速变化的脉动过程，并伴随着液体和管壁的弹性变形;水击波W流体音速在水中 传播，波形上相同相位点通过管路上任意两截面所需的时间A t，两截面之间的距离为1，可 得此两截面之间的平均音速
[0003] 本发明提出在突然收缩的管路中构建形成阻塞流的条件，通过摄像机拍摄此时可 视化管路中流体的液相流通截面积，流量计测量管路中流体的质量流量来计算管路中液相 燃油的流速。
【发明内容】
[0004] 本发明提出一种测试流体音速特性的方法，目的是为了测量一定溫度和压力下管 路中流体的音速。
[0005] -种流体音速的测试方法，其特征在于:利用突然收缩管路构建形成阻塞流的流 通条件，此时流体在管路中的液相流速即为流体在该压力和溫度条件下的音速，通过摄像 机拍摄此时可视化管路中流体的液相流通截面积，流量计测量管路中流体的质量流量来 计算管路中液相流体的流速。流体在突然收缩的管路中流动，保持一定的入口压力和流体 的溫度不变，提高出口压力然后逐渐减小出口压力。当出口压力减小到一定值时，管路中燃 油出现空化现象，形成气液两相流。继续减小出口压力，当流量计测得管路中的质量流量不 再增加时，管内形成阻塞流，液相燃油和气相燃油分离并且处于稳定状态。
[0006] 在阻塞流动中，管路中流体的质量流量达到最大值，液相流体流通截面积达到最 小值，因此管路中液相流体的速度达到最大值。
[0007] 本发明方法实现装置的特征在于:包括高压油管接口 1，前压紧件2，溫度计接口 3， 入口压力传感器接口4,伺服垫5,透明突缩管路6,后压紧块7,出口压力传感器8和拍摄窗口 9;所述透明突缩管路和观察窗口由石英玻璃制成;前压紧块2、透明突缩管路6和后压紧块 用螺栓紧固，前压紧块2上有高压管接口 1，溫度计接口3,入口传感器接口4,分别用于连接 高压管，溫度计和压力传感器;后压紧块7上有出口压力传感器接口 8和拍摄窗口 9;拍摄窗 口 9用胶水粘贴在后压紧块。本发明的测量系统包括电机，水累，油轨，流量计量阀，Kistler 压力传感器，溫度计，控制单元，可视化装置，光源，摄像机，流量计，背压阀，计算机。
[0008] 所述的电机，水累，油轨，油量计量阀，控制单元，计算机组成系统的油源，通过调 节电机转速和油量计量阀的开度向可视化装置提供一定压力的燃油。所述的Kistler压力 传感器，溫度计，流量计组成系统的测量模块。其中，Kistler压力传感器测量可视化装置的 入口压力和出口压力，溫度计测量流体的溫度，流量计测量通过管路内流体的质量流量。
[0009] 所述的光源，高速摄影机，计算机组成系统的观测模块。其中光源为Led条形灯，产 生近似平行光，放置在透明突缩管路的左右两侧，摄影机放置在观察窗口端。由于气相和液 相流体的透光性不同，在计算机上呈现暗的部分是气相流体的流通面积，呈现亮的部分是 液相流体的流通面积。
[0010] 所述的背压调阀通过调节开度控制可视化装置的出口压力，目的是为了使透明突 缩管路的流动形成阻塞流。
[0011] 所述的可视化装置入口连接高压油管，溫度计接口连接溫度计，入口压力传感器 接口和出口压力传感器接口连接Kistler压力传感器。
【附图说明】
[0012]图1是本发明实验现聯系统示意图
[0013] 图2是可视化装置结构示意图
[0014] 图3是本发明测试方法示意图
[0015] 图4是突缩管路中流体的流量变化图
[0016] 图5是突然收缩管路中流体的液相流通面积变化图
[0017] 标号说明：1-高压管接口，2-前压紧块，3-溫度计接口，4-入口压力传感器接口，5-伺服垫圈，6-透明突缩管路，7-后压紧块，8-出口压力传感器，9-拍摄窗口；T-流体的恒定溫 度，Pi-管路中流体的入口压力，P2-管路中流体的出口压力，fl 1-气相流体，f 12-液相流体， R-液相流体最小流通截面直径，化-质量流量
【具体实施方式】
[0018] 如图1所示，一种测量流体音速的实验测试系统示意图，包括电机，水累，油轨，油 量计量阀，Kistler压力传感器，溫度计，控制单元，可视化装置，光源，高速摄影机，背压调 节阀，流量计，计算机。
[0019] 如图2所示，一种测量流体音速的可视化装置，包括包括高压油管接口 1，前压紧件 2,溫度计接口3,入口压力传感器接口4,伺服垫5,透明突缩管路6,后压紧块7,出口压力传 感器8,拍摄窗口 9。所述透明突缩管路和观察窗口由石英玻璃制成。前压紧块2、透明突缩管 路6和后压紧块用螺栓紧固，拍摄窗口9用胶水粘贴在后压紧块。
[0020] 所述前压紧块2为金属，其上分别有高压管接口 1，溫度计接口 3，入口传感器接口 4,用于连接局压官,溫度计和Kistler压力传感器。
[0021] 所述透明突缩管路由石英玻璃制成，研磨抛光处理，可用光源照亮内部，便于摄影 机拍摄内部流动现象。
[0022] 所述后压紧块7为金属，其上分别有出口压力传感器接口 8和拍摄窗口。
[0023] 所述拍摄窗口 9由石英玻璃制成，用胶水粘贴在后压紧块7上。
[0024]如图3所示，一种流体音速特性的测试方法包括： A:保持流体的溫度T不变，固定透明突缩管的入口压力，测量出流体的溫度值T和突缩 管的入口压力值Pi; B:提高突缩管的出口压力至入口压力的=分之二，（因为经过较多实验证明，阻塞流的 形成的临界出口压力是在出口压力的S分之二间，如果出口压力提的太低的话，可能已经 过了阻塞流的临界点），然后减小并记录出口压力值P2。同时：用流量计测量缩管内流体的 质量流量Qm,用摄影机拍摄突缩管内气液两相流的流动现象。当测得管内流量不再增加形 成阻塞流时，测量出拍摄的图片上管内入口处最小的液相流通截面直径R; C:那么在溫度T、压力P的条件下，流体的音速
，其中P为流体的密度。
【主权项】
1. 一种流体音速的测试方法，其特征在于:利用突然收缩管路构建形成阻塞流的流通 条件，此时流体在管路中的液相流速即为流体在该压力和温度条件下的音速，通过摄像机 拍摄此时可视化管路中流体的液相流通截面积，流量计测量管路中流体的质量流量来计算 管路中液相流体的流速。2. 根据权利要求1所述的测试方法，其实现装置的特征在于:包括高压油管接口（1)，前 压紧件(2)，温度计接口（3)，入口压力传感器接口（4)，伺服垫(5)，透明突缩管路(6)，后压 紧块(7)，出口压力传感器(8)和拍摄窗口（9);所述透明突缩管路和观察窗口由石英玻璃制 成;前压紧块(2)、透明突缩管路(6)和后压紧块用螺栓紧固，前压紧块(2)上有高压管接口 (1)，温度计接口（3)，入口传感器接口（4)，分别用于连接高压管，温度计和压力传感器;后 压紧块(7)上有出口压力传感器接口（8)和拍摄窗口（9);拍摄窗口（9)用胶水粘贴在后压紧 块。
【专利摘要】一种流体音速特性的测试方法属于流体力学领域。流体在截面突然收缩的管路中，在一定的压差条件下将会形成阻塞流。这时候管路中的液相流速即为流体在该压力和温度条件下的音速。因此，本发明提出的方法是构建形成阻塞流的条件，并通过测量此时液相的流动速度来确定流体的音速。
【IPC分类】G01F1/78, G01H5/00
【公开号】CN105527011
【申请号】CN201511027830
【发明人】仇滔, 徐慧, 雷艳, 代贺飞, 高壮
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月30日