一种兼容ldv及piv技术的平弯管路水流流速测量装置

文档序号:1844711 发布日期:2021-11-16 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 一种兼容ldv及piv技术的平弯管路水流流速测量装置 (Flat-bend pipeline water flow velocity measuring device compatible with LDV (laser direct current) and PIV (particle image velocimetry) technologies ) 是由 李永业 鲁一凡 李飞 杨小妮 张雪兰 孙西欢 周义仁 马娟娟 宋晓腾 庞雅琦 姚 于 2021-07-09 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种兼容LDV及PIV技术的平弯管路水流流速测量装置,属于复杂管路流速测量装置,用于流速测量,其包括包括管道、水套组件、缓震装置,其中所述的管道由透明材质制成且位于水套组件内,水套组件为由透明材质制成的且沿管道分布的多段独立罩体结构;每段独立罩体结构中至少包括两组相互平行的平面且在独立罩体结构中充满水体;所述缓震装置位于水套组件的底部且与水平面接触。鉴于上述技术方案,本发明能够消除使用LDV或PIV对透明弯管内流场进行流速测量时由于弯管路外壁折射问题造成的测量困难,以及由于管内水流运动造成的实验系统震动等问题,实现了对复杂水平管路内水流流速的无接触测量。(The invention discloses a flat bend pipeline water flow velocity measuring device compatible with LDV and PIV technologies, which belongs to a complex pipeline flow velocity measuring device and is used for measuring the flow velocity, and the device comprises a pipeline, a water jacket component and a cushioning device, wherein the pipeline is made of transparent materials and is positioned in the water jacket component, and the water jacket component is of a multi-section independent cover body structure which is made of transparent materials and distributed along the pipeline; each section of independent cover body structure at least comprises two groups of planes which are parallel to each other, and water bodies are filled in the independent cover body structure; the shock absorption device is located at the bottom of the water jacket assembly and is in contact with the horizontal plane. In view of the technical scheme, the invention can eliminate the problems of measurement difficulty caused by the refraction problem of the outer wall of the bent pipeline and vibration of an experimental system caused by the movement of water flow in the pipeline when the flow velocity of the flow field in the transparent bent pipe is measured by using the LDV or the PIV, and realizes the non-contact measurement of the flow velocity of the water flow in the complex horizontal pipeline.)

一种兼容LDV及PIV技术的平弯管路水流流速测量装置

技术领域

本申请属于复杂管路流速测量装置,具体地说,尤其涉及一种兼容LDV及PIV技术的平弯管路水流流速测量装置。

背景技术

在流体力学领域,流速是研究流体流动特征最为基础且重要的物理量。目前在不可压缩流体力学研究领域中常用的流速测量方法主要有毕托管测速、LDV测速及PIV测速。虽然毕托管测速具有结构简单、使用及制造方便、成本低等优点,但是其在测量过程中需要将探针置于流场之内,会对流场产生扰动,而且毕托管测速只能够用于计算水流的平均流速,无法满足科研实验中对点流速高精度、瞬态测量的要求。

而相对于毕托管测速,LDV测速及PIV测速是当今流体力学领域中使用较为广泛的流体流速测量方法,两者都是通过在流体中添加示踪粒子,通过测量示踪粒子在流体中跟随流体的运动速度,当示踪粒子在流体内的跟随性良好时,能够将示踪粒子的速度认为是流体的流速。

但是,LDV测速及PIV测速还是具有区别性的。具体来讲,LDV测速是利用流体中示踪粒子运动时,激光在失踪粒子上形成是散射光的多普勒频移来计算示踪粒子的三维速度,进而得到流场内特定空间点上的三维速度。而PIV测速则是通过采用CCD图像传感器来记录两个或多个瞬时平面区域内的示踪粒子图像,通过计算机内相关或互相关计算得到示踪粒子在特定时间间隔内的位移,进而得到整个平面区域内示踪粒子的三维速度。

无论是LDV还是PIV测速,其在测量过程中都需要保证激光入射时不会因为激光折射产生测量误差,这就要求激光入射面要保持平整并与入射光纤所在平面保持垂直。同时在测量过程中应当尽可能降低管道内水流运动引起的管道震动所可能导致的测量误差,如果涉及到含水弯管段时,由于弯管结构为圆环体,管壁发生的折射更为复杂,所以采用LDV及PIV技术对这种复杂水平管路内水流流速的测量就变得尤为困难。

发明内容

本申请的目的在于提供一种兼容LDV及PIV技术的平弯管路水流流速测量装置,其能够消除使用LDV或PIV对透明弯管内流场进行流速测量时由于弯管路外壁折射问题造成的测量困难,以及由于管内水流运动造成的实验系统震动等问题,实现了对复杂水平管路内水流流速的无接触测量。

为达到上述目的,本申请是通过以下技术方案实现的:

本发明中所述的兼容LDV及PIV技术的平弯管路水流流速测量装置,包括管道、水套组件、缓震装置,其中所述的管道由透明材质制成且位于水套组件内,水套组件为由透明材质制成的且沿管道分布的多段独立罩体结构;每段独立罩体结构中至少包括两组相互平行的平面且在独立罩体结构中充满水体;所述缓震装置位于水套组件的底部且与水平面接触。

进一步地讲,本发明中所述的管道包括水平直管段和弯管段,水平直管段位于弯管段的两端。

进一步地讲,本发明中所述的弯管段为180°弯管。

进一步地讲,本发明中所述的水套组件包括平行设置的水套顶板、水套底板,水套顶板与水套底板均为水平安装,在水套顶板和水套底板的内侧、外侧分别固定有水套铅垂面,水套顶板和水套底板的两端分别通过水套侧面与管道固定连接,所述水套侧面分别与水套顶板、水套底板、水套铅垂面的端部固定。

进一步地讲,本发明中所述的水套顶板与水套铅垂面通过水套顶板底部边沿处的卡扣进行连接,水套顶板的卡扣由平行设置的两根长条状凸起构成。

进一步地讲,本发明中所述的水套顶板与相邻的水套铅垂面之间通过衔接片连接,衔接片分别位于水套顶板、水套铅垂面上,对正的衔接片之间通过螺栓组件固定。

进一步地讲,本发明中所述的相邻的水套铅垂面之间通过加固片固定,加固片为带有折弯结构的板体。

进一步地讲,本发明中所述的管道为有机玻璃管;所述水套组件由有机玻璃板制成。

进一步地讲,本发明中所述的水套铅垂面与水套底板的连接位置处使用有机玻璃加固条进行加固。

进一步地讲,本发明中所述的水套顶板为梯形。

与现有技术相比,本申请的有益效果是:

1、本发明在使用时能够有效消除LDV测速或PIV测速对透明弯管内流场进行流速测量时由于弯管路外壁折射问题造成的测量困难。

2、本发明综合考虑了LDV测速和PIV测速的测量方法,可以同时满足两种测速方法对于测速的技术要求。

3、本发明通过在水套组件中设置包括加固片、衔接片等结构形式,有效防止水套有机玻璃侧壁受到水套水压作用所发生的形变。

4、本发明通过设置缓震装置,能够有效抑制实验过程中因水流流动造成的实验系统震动,有助于提高实验结果的准确性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图一。

图2是本发明的结构示意图二。

图中:1、管道;2、水套组件;3、缓震装置。

11、水平直管段;12、弯管段;21、水套侧面;22、水套顶板;23、水套铅垂面;24、衔接片;25、螺栓组件;26、加固片;27、水套底板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本申请所述的技术方案作进一步地描述说明。需要说明的是,在下述段落可能涉及的方位名词,包括但不限于“上、下、左、右、前、后”等,其所依据的方位均为对应的说明书附图中所展示的视觉方位,其不应当也不该被视为是对本技术方案保护范围的限定,其目的仅为方便本领域的技术人员更好地理解说明书中所述的技术方案。

在下述段落的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”等类似表述应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以依据具体情况结合本领域的公知常识、设计规范、标准文献等理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种兼容LDV及PIV技术的平弯管路水流流速测量装置,包括管道1、水套组件2、缓震装置3,其中所述的管道1由透明材质制成且位于水套组件2内,水套组件2为由透明材质制成的且沿管道1分布的多段独立罩体结构;每段独立罩体结构中至少包括两组相互平行的平面且在独立罩体结构中充满水体;所述缓震装置3位于水套组件2的底部且与水平面接触。

实施例2

一种兼容LDV及PIV技术的平弯管路水流流速测量装置,其中所述的所述管道1包括水平直管段11和弯管段12,水平直管段11位于弯管段12的两端;所述弯管段12为180°弯管;所述水套组件2包括平行设置的水套顶板22、水套底板27,在水套顶板22和水套底板27的内侧、外侧分别固定有水套铅垂面23,水套顶板22和水套底板27的两端分别通过水套侧面21与管道1固定连接,所述水套侧面21分别与水套顶板22、水套底板27、水套铅垂面23的端部固定;所述水套顶板22与水套铅垂面23通过水套顶板22底部边沿处的卡扣进行连接,水套顶板22的卡扣由平行设置的两根长条状凸起构成;所述水套顶板22与相邻的水套铅垂面23之间通过衔接片24连接,衔接片24分别位于水套顶板22、水套铅垂面23上,对正的衔接片24之间通过螺栓组件25固定;所述相邻的水套铅垂面23之间通过加固片26固定,加固片26为带有折弯结构的板体;所述管道1为有机玻璃管;所述水套组件2由有机玻璃板制成;所述水套铅垂面23与水套底板27的连接位置处使用有机玻璃加固条进行加固;所述水套顶板22为梯形。其余部分的结构及连接关系与前述实施例中任意一项所述的结构及连接关系相同,为避免行文繁琐,此处不再赘述。

在上述实施例的基础上,利用下述段落继续对其中涉及到的技术特征及该技术特征在本技术方案中所起到的功能、作用进行详细的描述,以帮助本领域的技术人员充分理解技术方案并且予以重现。

如图1至图2所示,本发明中所述的兼容LDV及PIV技术的平弯管路水流流速测量装置,包括管道1,管道1由水平直管段11及弯管段12构成,水平直管段11位于弯管段12的上游、下游并且与弯管段12构成一体。所述管道1采用有机玻璃制成,其中弯管段12为180°弯管。

本发明中,所述的水套组件2由沿管道1分布的四段构成,四段水套组件2能够将管道1的弯管段12完全包裹,相邻的每段水套组件2之间通过水套侧面21连接。每段水套组件2均包括水套顶板22、水套底板27、水套侧面21、水套铅垂面23,其中水套顶板22与水套底板27平行设置且分别位于管道1的上方、下方。所述水套铅垂面23位于水套顶板22、水套底板27的内侧、外侧且与水平面垂直;所述水套侧面21位于水套组件2的上游、下游,且分别与水套顶板22、水套底板27、水套铅垂面23固定连接。在本发明中,为了避免相邻水套之间的水体溢出,可将水套侧面21设置成比内外两侧的水套铅垂面23高。

在本发明中,所述的管道1与水套组件2的结合部位、水套组件2中的各组成部分之间均采用三氯甲烷进行固定,并且使用聚氨酯胶做进一步密封。所述水套组件2中的水套铅垂面23之间可使用有机玻璃热弯成型加固片进行加固,在水套铅垂面23与水套底板27的连接位置处采用有机玻璃加固条进行加固。

在本发明中,所述的水套组件2中的水套顶板22为四块独立的梯形有机玻璃板。所述水套顶板22在底部边沿位置处安装有长条状有机玻璃条形成的卡扣,使得水套顶板22能够与底部的组件之间进行扣接。从上述段落的叙述可知,水套组件2包括四个独立的水套,当水套中充满水之后,可以保证水套顶板22的底面与水套中的水体上表面完全接触,从而使得整个独立水套空间完全充满水。此时,可使用LDV技术从四段水套中的水套铅垂面23、水套顶板22、水套底板27处对弯管端12内的水流流速进行测量。当采用PIV技术进行测量时,由于水套顶板22、水套底板27分别与水套铅垂面23垂直,可使用每段独立水套中的任意一组平行的面作为片激光的摄入面,另一组相互平行的面当做CCD相机的图像采集面。

从上述段落中可知,由于构成水套组件2的四段独立水套中均需要充满水体,水套铅垂面23可能会在独立水套内水体的压力作用下产生形变进而引起折射误差,需要在水套铅垂面23与水套顶板22的连接位置处设置有衔接片24进行固定。具体来讲,本发明中所述的衔接片24分别包括位于水套顶板22上的上衔接片、位于水套铅垂面23上边沿的下衔接片,上衔接片与下衔接片对正后通过螺栓组件25进行连接。上述结构除了能够避免水套铅垂面23的变形外,还能够确保水套顶板22的水平,防止独立水套中的水流溢出。

在本发明中,所述的缓震装置3可选择为长方体结构的硬质橡胶,缓震装置3可选择安装在每个独立水套的底部斜边之上,以起到对水套组件2的稳固作用。同时缓震装置3能够对弯管段2内运动水流引起的系统震动进行吸收,从而为实验提供稳定的流速测量环境。

最后,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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