一种可视化管道流动磨损实验装置设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种同时测试流场内部流动状态及材料局部磨损性能的可视化管道流动磨损实验装置设计方法,该可视化管道流动磨损实验装置包括PIV测试系统、可视化试件托架、磨损测试试件、上游管线、下游管线及箍扣，在第1步骤中，制作可视化试件托架；在第2步骤，制作磨损测试试件；在第3步骤中，制作组合体并进行加固处理，防止可视化试件托架与磨损测试试件发生脱落及降低流体泄露风险；在第4步骤中，连接外围线路，形成完整的管道流动循环系统；在第5步骤中，借助辅助PIV测试系统，启动试验装置，实验结束后，取下磨损测试试件，进行磨损性能分析测试,同时安放另外一个磨损测试试件进行实验，可视化试件托架可反复使用。
【专利说明】
一种可视化管道流动磨损实验装置设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种流程管道磨损的可视化实验装置设计方法，尤其涉及一种可视化管道流动磨损实验装置设计方法。
【背景技术】
[0002]磨损是工业生产中十分常见的一种材料耗损现象。根据资料报道，美国每年因磨损造成的经济损失占国民生产总值的4%，国内每年因磨损导致的损失在1000亿人民币以上。磨损不仅造成了巨大的经济损失，而且严重的影响了工业生产的连续性，而且磨损穿孔泄露对环境也造成极大的污染。在流程工业中，多相流混合输送的应用相当广泛，其中必然存在着管道及过流部件的磨损问题，因磨损而导致的运行可靠性降低及能耗增加一直倍受关注。由于磨损发生在装置内部，隐蔽而不易发现，如何直观有效的开展磨损问题的理论和实验研究，一直是工程和科研人员努力的方向。近年来由于计算机技术的发展，采用数值模拟的方法模拟和预测装置的磨损情况得到普遍的应用，但数值模拟离不开实验验证，同时，实验的结果也可以进一步指导数值模拟计算，使模拟结果更加准确。粒子图像测速技术(PIV)是20世纪80年代发展起来的，在流动显示的基础上，充分利用现代计算机技术，光学技术以及图像分析技术的研究成果而成长起来的最新流动测试手段。它不仅能显示流场地流动的物理动态，而且能够提供瞬时全场流动的定量信息，使流动可视化研究产生从定性到定量的飞跃。为了能够同时利用PIV系统拍摄到准确、清晰、完整的流场，同时又能够获得装置材料磨损的具体状态，实验装置的设计就显得格外关键。
【发明内容】
[0003]本发明解决的技术问题是提供了研究多相流混合输送中管道内流动情况及磨损性能的实验装置，同时获得流场信息及材料的磨损性能，为多相流动流场分析及管道材料的磨损性能及磨损机理的研究提供数据基础。
[0004]本发明通过以下技术方案实现的:
本发明的实验装置主要包括PIV测试系统，可视化试件托架，磨损测试试件，联结法兰，箍扣，上游管线及下游管线，所述可视化管道流动磨损实验装置设计方法主要分为以下步骤:
第I步骤，制作可视化试件托架:选取一段管道壁厚度均匀的透明管道，在所述透明管道的外壁上镭射一个大椭圆封闭线，内壁上镭射一个与大椭圆封闭线具有同心结构的小椭圆封闭线，在内壁与外壁中间的管壁体位置镭射一个与大椭圆封闭线及小椭圆封闭线具有同心结构的中椭圆封闭线，相邻椭圆封闭线的边界之间镭射设置倾斜线过渡连接，将所述的大椭圆封闭线、小椭圆封闭线、中椭圆封闭线以及倾斜线连接的边界组成的镭射区进行切挖，形成具有两层台阶结构的类圆台孔，所述的具有类圆台孔结构的透明管道为可视化试件托架；
第2步骤，制作磨损测试试件:根据实验的要求选取各种不同性质的材料作为进行磨损测试的材料，将需要进行磨损测试的材料参照上述步骤I中的类圆台孔的外观形状及尺寸大小，加工打磨出与所述类圆台孔外观形状及尺寸大小相同的实体结构，该实体结构为磨损测试试件；
第3步骤，制作组合体并进行加固处理:将所述的磨损测试试件嵌合到类圆台孔中，在两者嵌合的外表面位置采用箍扣加固，避免在实验中发生磨损测试试件脱落，内部台阶位置夹设橡胶垫片，降低泄露风险，同时满足承压能力的需要；
第4步骤，连接外围线路:将经过上述步骤3得到的可视化试件托架与磨损测试试件的组合体通过联结法兰一端与上游管线联结，另一端与下游管线联结，构成完整的管道流动循环系统；
第5步骤，借助辅助系统:将PIV测试系统安装在可视化试件托架一侧，启动可视化管道流动磨损实验装置，拍摄管道中流场的具体情况，实验结束后，取下磨损测试试件，进行磨损性能分析。
[0005]进一步的，为了更好的实现发明，所述的可视化管道流动磨损实验装置中的制作可视化试件托架采用的透明管道可以为直管或弯管或圆管或方管，管道横截面可以是圆形也可以是其它几何形状。
[0006]进一步的，为了更好的实现发明，所述的可视化管道流动磨损实验装置中的可视化试件托架所包含的类圆台孔还可设计成方形台阶孔或长方形台阶孔，与之相嵌合的磨损测试试件的也可设计成类圆台实体或方形台阶实体或长方形台阶实体。
[0007]本发明具有的有益效果为:采用此设计方法使可视化试件托架和磨损测试试件有机的组合装配，并利用联结法兰与上游管道和下游管线联结，使得更换磨损测试试件方便，并能够满足可视化试件托架重复使用的要求，节省实验成本;通过PIV测试系统在研究磨损测试材料磨损性能的同时获得管道流场信息。
【附图说明】
[0008]图1是本发明的原理图；
图2是可视化试件托架与磨损测试试件嵌合横截面俯视图；
图3是可视化试件托架与磨损测试试件嵌合纵截面主视图；
附图标记:I一PIV测试系统，2—可视化试件托架，3—磨损测试试件，4一联结法兰，5-箍扣，6—上游管线，7—下游管线。
【具体实施方式】
[0009]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明:
如图1所示，可视化管道流动磨损实验装置主要包括PIV测试系统I，可视化试件托架2，磨损测试试件3，联结法兰4，箍扣5及上游管线6和下游管线7。
[0010]如图2和图3所示，该可视化管道流动磨损实验装置设计方法具有以下步骤:第I步骤，制作可视化试件托架2:选取一段管道壁厚度均匀的透明管道，在所述透明管道的外壁上镭射一个大椭圆封闭线，内壁上镭射一个与大椭圆封闭线具有同心结构的小椭圆封闭线，在内壁与外壁中间的管壁体位置镭射一个与大椭圆封闭线及小椭圆封闭线具有同心结构的中椭圆封闭线，相邻椭圆封闭线之间镭射设置倾斜线过渡连接，将所述的大椭圆封闭线、小椭圆封闭线、中椭圆封闭线以及倾斜线连接的边界组成的镭射区进行切挖，形成具有两层台阶结构的类圆台孔，圆台上部与下部通过一定的倾斜角过渡，角度大小可以根据实验需求进行调整，降低泄露风险，同时满足承压能力的需要。所述的具有类圆台孔结构的透明管道为可视化试件托架2;
第2步骤，制作磨损测试试件3:将需要进行磨损测试的材料参照上述步骤中的类圆台孔的外观形状及大小尺寸，制造出与所述类圆台孔外观形状及大小尺寸相同的实体结构，该实体结构为磨损测试试件3 ；
第3步骤，制作组合体并进行加固处理:将所述的磨损测试试件3嵌合到可视化试件托架2的类圆台孔中，在两者嵌合的外表面位置采用箍扣5加固，避免在实验中发生磨损测试试件3脱落，内部台阶位置夹设橡胶垫片，降低泄露风险，同时满足承压能力的需要；
第4步骤，连接外围线路:将经过上述步骤得到的可视化试件托架2与磨损测试试件3的组合体通过联结法兰4一端与上游管线6，另一端与下游管线7联结，构成完整的管道流动循环系统；
第5步骤，借助辅助系统:将PIV测试系统I安装在可视化试件托架2—侧，启动可视化管道流动磨损实验装置，拍摄管道中流场的具体情况，实验结束后，取下磨损测试试件3，进行磨损性能分析。
【主权项】
1.一种可视化管道流动磨损实验装置设计方法，该可视化管道流动磨损实验装置主要包括PIV测试系统(1)，可视化试件托架(2)，磨损测试试件(3)，联结法兰(4)，箍扣(5)、上游管线(6)及下游管线(7)，所述可视化管道流动磨损实验装置设计方法的特征在于: 第I步骤，制作可视化试件托架(2):选取一段管道壁厚度均匀的透明管道，在所述透明管道的外壁上镭射一个大椭圆封闭线，内壁上镭射一个与大椭圆封闭线具有同心结构的小椭圆封闭线，在内壁与外壁中间的管壁体位置镭射一个与大椭圆封闭线及小椭圆封闭线具有同心结构的中椭圆封闭线，相邻椭圆封闭线之间镭射设置倾斜线过渡连接，将所述的大椭圆封闭线、小椭圆封闭线、中椭圆封闭线以及倾斜线连接的边界组成的镭射区进行切挖，形成具有两层台阶结构的类圆台孔，所述具有类圆台孔结构的透明管道为可视化试件托架(2)； 第2步骤，制作磨损测试试件(3):将需要进行磨损测试的材料参照上述步骤I中的类圆台孔的外观形状及尺寸大小，加工打磨成与所述类圆台孔外观形状及尺寸大小相同的实体结构，该实体结构为磨损测试试件(3)； 第3步骤，制作组合体并进行加固处理:将所述的磨损测试试件(3)嵌合到可视化试件托架(2)的类圆台孔中，在两者嵌合的外表面位置采用箍扣(5)加固，内部台阶位置夹设橡胶垫片； 第4步骤，连接外围线路:将经过上述步骤3中得到的可视化试件托架(2)与磨损测试试件(3)的组合体通过联结法兰(4)一端与上游管线(6)联结，另一端与下游管线(7)联结，构成完整的管道流动循环系统； 第5步骤，借助辅助系统:将PIV测试系统(I)安装在可视化试件托架(2)—侧，启动可视化管道流动磨损实验装置，拍摄管道中流场的具体情况，实验结束后，取下磨损测试试件(3)，进行磨损性能分析。2.根据权利要求1所述的一种可视化管道流动磨损实验装置设计方法，其特征在于:所述的可视化管道流动磨损实验装置设计方法的第I步骤中，制作可视化试件托架(2)所采用的透明管道可以为直管或弯管，管道横截面可以是圆形也可以是其它几何形状。3.据权利要求1所述的一种可视化管道流动磨损实验装置设计方法，其特征在于:可视化试件托架(2)中切挖成型的类圆台孔可替代为方形台阶孔或长方形台阶孔。
【文档编号】G01N3/56GK106018143SQ201610310445
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】王艳萍, 项佳梁, 李昳, 李晓俊, 朱祖超, 唐狄仁
【申请人】浙江理工大学