一种可视化多气泡射流空化发生装置

1.本发明专利涉及空化发生装置技术领域，具体涉及一种可视化多气泡射流空化发生装置，属于水利工程领域。


背景技术：

2.当液体中局部流场压力下降到液体温度对应的饱和蒸汽压力及以下时，周围液体便由液相变成气相，进而产生空化现象。空化现象广泛存在于水力机械、高速水洞、水中兵器等场合，空化会对这些装置表面产生腐蚀，进而导致设备失效，因此空化成为制约水力机械、水中兵器、高速水洞等发展的重要因素。
3.空化泡对其四周壁面产生腐蚀主要原因是由于其非对称破裂会形成液体射流并伴随多个冲击波的产生，进而形成局部高温和高压环境，最终对壁面造成破坏，这一现象称之为空蚀。空蚀破坏初期，被腐蚀表面失去光泽，产生麻点和针孔状凹陷。随着空蚀的进一步发展，被腐蚀表面变疏松，发展成海绵状或蜂窝状，最后这些过流部件表面较薄处会出现穿孔，使得材料整块脱落，造成过流部件的损坏。科研人员常用射流装置模拟空化泡，进而研究空化现象的产生、溃灭和侵蚀机理。


技术实现要素：

4.本发明专利的目的在于提供一种可视化多气泡射流空化发生装置，以解决现有技术中存在的空化发生装置内，气泡不可见或只可以产生单个气泡等问题。
5.本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可视化多气泡射流空化发生装置。包括气泡产生系统、数据采集系统、脉冲信号系统和灯光照明系统。所述的气泡产生系统包括气瓶、集气瓶、导气管、蠕动泵、三通、气体流量计、阀门、喷嘴、小塑料块、有机玻璃容器、去离子水、滤光片，所述的去离子水盛放在所述的有机玻璃容器中；所述的喷嘴通过螺纹安装在所述的小塑料块上；所述的数据采集系统包括高速相机和计算机，所述的高速相机和所述的计算机相连接；所述的脉冲信号系统包括数字延时脉冲发生器、闪光灯和高速相机，所述的闪光灯、所述的高速相机连接至所述的数字延时脉冲发生器；所述的灯光照明系统包括常亮灯、闪光灯、毛玻璃，所述闪光灯置于所述的有机玻璃容器上方；所述的毛玻璃置于所述的有机玻璃容器前。
6.优选的，利用所述的导气管将所述的三通和所述的蠕动泵出口端连接在一起，并将所述的阀门连接在所述的三通的其余两端，以此来调节进入所述的喷嘴的气体流量。
7.优选的，所述的气体流量计连接在所述的阀门和所述的喷嘴之间，以此来定量地读取进入喷口的气体流量。
8.优选的，所述的小塑料块放置在所述的有机玻璃容器中，通过使用不同种类的小塑料块，可以改变产生气泡的个数和多个气泡之间初始距离。
9.优选的，所述的滤光片置于所述的有机玻璃容器与所述的高速相机之间，防止红外线进入所述的高速相机，起着保护相机的作用。
10.优选的，所述的数字延时脉冲发生器的两个通道分别与所述的闪光灯和所述的高速相机相连接，保证所述的闪光灯和所述的高速相机同时开始工作。
11.优选的，所述的常亮灯、所述的闪光灯的光线，透过所述的毛玻璃时会使光线平行照射，使光线分布均匀并防止拍摄的影像过曝。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用不同小塑料块的内部结构可以改变气泡生成的数量和多个气泡之间初始距离，可以利用改变进入喷嘴的气体流量和喷嘴的尺寸从而改变气泡的初始大小，可以通过改变进入蠕动泵入口端的气体从而研究不同气体空化的影响，有效地扩大了本发明的应用范围，同时利用高速相机可以透过有机玻璃容器清晰地记录空化泡的演变过程，有利于空化泡的可视化分析，对空泡动力学的研究提供便利。
附图说明
13.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
14.图1为本发明的结构示意图。
15.图2为本发明的不同小塑料块剖面图。
16.图中：1、数字延时脉冲发生器；2、气瓶；3、闪光灯；4、计算机；5、常亮灯；6、高速相机；7、集气瓶；8、毛玻璃；9、滤波片；10、蠕动泵；11、三通；12、阀门、13、气体流量计；14、有机玻璃容器；15、去离子水；16、小塑料块；17、喷嘴；18、小气泡。
具体实施方式
17.下面结合本发明例中的附图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。
18.请参阅图1～2，本发明实施例中，一种可视化多气泡射流空化发生装置包括数字延时脉冲发生器1、闪光灯3和高速相机6，所述的数字延时脉冲发生器1控制闪光灯3和高速相机6，所述的高速相机6通过计算机4输出拍摄的图片，并在高速相机6的镜头前放置滤波片9，所述的气瓶2中的气体先进入集气瓶7再由蠕动泵10泵出后经过三通11分流，一部分通过流量计13进入小塑料块16，然后在喷嘴17处喷出，从而在去离子水15中形成小气泡18，另一部分通过三通11的另一个出口直接流入到大气中，在有机玻璃容器14的左前方和右前方依次放置常亮灯5和毛玻璃8，其中，常亮灯5、毛玻璃8、有机玻璃容器14和高速相机6依次布置在同一平面上。
19.本发明的工作原理是：首先打开蠕动泵10在有机玻璃容器中产生小气泡18。数字延时脉冲发生器1的两个通道分别连接闪光灯3和高速相机6，保证高速相机6和闪光灯3同时工作，闪光灯3可以起到补充光源的作用，确保高速相机6可以拍摄到清楚的画面。
20.不同种类小塑料块16的剖面图如图2所示。通过改变有机玻璃容器14中的小塑料块16的种类，可以在去离子水15中生成不同数量的气泡；通过更换小塑料块16上方喷嘴17的种类，可以改变在去离子水15中生成气泡的初始大小。
21.气瓶2中的气体可以根据不同工况的需求随时更换，从而实现生成不同气体空化
泡的目的。
22.在气瓶2之后连接集气瓶7可以保证从气瓶放出的气体恢复到常压，并使得气体的流速降低，从而减小高压气体的射流对从喷嘴17产生的小气泡18的影响。
23.常亮灯5作为照明光源，闪光灯3作为补充光源，使高速相机6可以清晰记录喷嘴17产生的空化泡18，当常亮灯5发出的光线透过毛玻璃片8时，光线变得将柔和，从而保证高速相机6拍摄的图像清晰可见。当在水中散射出的光线通过滤波片9后会被过滤掉，保护了高速相机6的内部元件。
24.计算机4与高速相机6连接，用于输出高速相机6拍摄的图片。
25.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。


技术特征：
1.一种可视化多气泡射流空化发生装置，包括数字延时脉冲发生器(1)和蠕动泵(10)，所述的数字延时脉冲发生器(1)与高速相机(6)、闪光灯(3)分别连接，所述的高速相机通过计算机(4)输出图片，所述的高速相机(6)镜头前面放置有滤波片(9)，气瓶(2)内部的气体通过在瓶内高压的作用下通过导气管到达集气瓶(7)，然后在所述的蠕动泵(10)作用下流入导气管，通过三通(11)之后，一部分气体通过阀门(12)流向气体流量计(13)，最后流入小塑料块(16)，从喷嘴(17)喷出，在去离子水(15)中形成小气泡(18)，另一部分通过另一端所述的阀门(12)直接流向大气中，以此保证对进入所述的去离子水(15)中气体流量的控制，所述的常亮灯(5)与有机玻璃容器(14)在同一平面上，所述的毛玻璃(8)放置在常亮灯(5)与有机玻璃容器(14)之间。2.根据权利要求1所述的一种可视化多气泡射流空化发生装置，其特征在于：所述的小塑料块(16)和喷嘴(17)具有不同的规格，可以利用不同的组合从而控制在所述的有机玻璃容器(14)中产生不同规模和数量的所述的小气泡(18)。3.根据权利要求1所述的一种可视化多气泡射流空化发生装置，其特征在于：通过调节所述的蠕动泵(10)的功率大小和阀门(12)的开合程度，使得进入有机玻璃容器(14)中的气体流量的得以有效的控制。4.根据权利要求1所述的一种可视化多气泡射流空化发生装置，其特征在于：通过改变所述的气瓶(2)中的气体种类，可以改变产生所述小气泡(18)内的气体种类。

技术总结
本发明公开了一种可视化多气泡射流空化发生装置，包括数字延时脉冲发生器和蠕动泵，所述的数字延时脉冲发生器与闪光灯、高速相机分别连接。所述的高速相机通过计算机输出图像，所述的高速相机前放有滤波片，所述的蠕动泵把从气瓶进入集气瓶的气体导入到三通，通过调节所述的阀门的开合程度控制进入有机玻璃容器的气体流量，气体在去离子水中形成小气泡，另一部分气体通过三通的另一端直接通入到大气中，所述的有机玻璃容器的左前方和右前方分别放置常亮灯，所述的常亮灯与所述的有机玻璃容器之间放置毛玻璃。璃容器之间放置毛玻璃。璃容器之间放置毛玻璃。


技术研发人员：高丹 祁有炜 杨嘉熙 张衡
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/2/6