專利名稱:關(guān)于旋轉(zhuǎn)翼型設(shè)備的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種關(guān)于旋轉(zhuǎn)翼型設(shè)備的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括水箱、固定支架、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、主圓盤和可拆卸圓環(huán)；固定支架與水箱分離，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)位于固定支架上；該實(shí)驗(yàn)裝置能夠針對(duì)翼型的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察，對(duì)翼型旋轉(zhuǎn)邊界層的理論研究提供實(shí)驗(yàn)支持，對(duì)于基礎(chǔ)理論研究十分有益。該實(shí)驗(yàn)裝置可以通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)翼型在不同轉(zhuǎn)速下的實(shí)驗(yàn)研究，可以根據(jù)研究需要更換不同的翼型，可根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)研究需求調(diào)節(jié)翼型攻角與葉片旋轉(zhuǎn)半徑，可以調(diào)節(jié)改變上下圓盤的間距與圓盤直徑，可以調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)從而得到需要的不同流體雷諾數(shù)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
【專利說(shuō)明】
關(guān)于旋轉(zhuǎn)翼型設(shè)備的實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，設(shè)及旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉片設(shè)計(jì)，具體設(shè)及一種旋轉(zhuǎn) 翼型實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為通用機(jī)械的一種，旋轉(zhuǎn)機(jī)械廣泛的應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油石化和建筑通風(fēng)排 水等行業(yè)，使用量巨大，同時(shí)也消耗著大量的能源。因此，提升旋轉(zhuǎn)機(jī)械的效率能夠獲得非 ?？捎^的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
[0003] 對(duì)于葉輪內(nèi)流動(dòng)運(yùn)動(dòng)，采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系對(duì)研究是便利的。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與慣性存在 關(guān)聯(lián)，在定軸、定轉(zhuǎn)速的基本方程中增加了科氏力項(xiàng)和向屯、加速度項(xiàng)。直接對(duì)葉輪進(jìn)行整體 研究，難度較大。
[0004] 傳統(tǒng)的研究方法往往是不考慮葉片旋轉(zhuǎn)的作用與曲率的影響，采用平板近似方法 得出葉片邊界層。由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉片轉(zhuǎn)速較高，不考慮旋轉(zhuǎn)引起的科氏力與離屯、力會(huì)產(chǎn)生 較大誤差。但是由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在整機(jī)設(shè)計(jì)中考慮葉片的旋轉(zhuǎn)對(duì)葉片邊界層的影 響難度較大，并且相關(guān)的旋轉(zhuǎn)邊界層理論亦不成熟。為了得到較高的運(yùn)行效率，現(xiàn)今的旋轉(zhuǎn) 機(jī)械大多采用翼型為葉片形狀，而用于研究旋轉(zhuǎn)翼型的實(shí)驗(yàn)裝置在年內(nèi)也幾乎為空白。
[0005] 當(dāng)今社會(huì)，人們?cè)絹?lái)越重視節(jié)能減排，節(jié)約能源。旋轉(zhuǎn)機(jī)械應(yīng)用廣泛，大量消耗能 源，急需進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的優(yōu)化方法由于葉片邊界層理論的缺乏具有較大的限制，新的 優(yōu)化方法必須得到理論支撐。數(shù)值計(jì)算的精度受端流、轉(zhuǎn)換模型的制約，從基礎(chǔ)領(lǐng)域研究進(jìn) 展來(lái)看，至少在短期內(nèi)應(yīng)該仍是比較難攻克的問(wèn)題。因此，設(shè)及具體工程應(yīng)用時(shí)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 具有重要性與必要性。
[0006] 針對(duì)葉輪內(nèi)流動(dòng)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)引起的科氏力與離屯、力的影響越來(lái)越被研究人 員所重視。所W設(shè)計(jì)配套的關(guān)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)驗(yàn)裝置十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有關(guān)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的葉片研究技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種旋 轉(zhuǎn)翼型實(shí)驗(yàn)裝置，配合PIV技術(shù)，對(duì)翼型旋轉(zhuǎn)邊界層的理論研究提供實(shí)驗(yàn)支持。
[000引本實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)及的雷諾數(shù)Re為：
[0009]
(1)
[0010] 其中，P流體密度，由于此實(shí)驗(yàn)裝置的研究范圍屬于不可壓縮流體，因此P為恒值;V 為流體速度。d為一特征長(zhǎng)度，例如流體流過(guò)圓形管道，則d為管道的當(dāng)量直徑，本實(shí)驗(yàn)中d為 翼型弦長(zhǎng)。y為流體的動(dòng)力黏性系數(shù)。雷諾數(shù)是判別流動(dòng)特性的依據(jù)，例如在管流中，雷諾數(shù) 小于2300的流動(dòng)是層流，Re = 2300~4000為過(guò)渡狀態(tài)，雷諾數(shù)大于4000時(shí)的是端流。利用本 實(shí)驗(yàn)裝置可W在不同雷諾數(shù)情況下觀察旋轉(zhuǎn)中翼型周圍的流體流動(dòng)情況。
[0011] 該裝置通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)翼旋轉(zhuǎn)速度與機(jī)翼旋轉(zhuǎn)角度配合PIV技術(shù)，多角度對(duì)旋轉(zhuǎn)翼型 附近的流場(chǎng)進(jìn)行觀察研究，包括其邊界層的研究。
[0012] -種關(guān)于旋轉(zhuǎn)翼型設(shè)備的實(shí)驗(yàn)裝置，包括水箱、固定支架、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、主圓盤和可 拆卸圓環(huán);固定支架與水箱分離，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)位于固定支架上；
[0013] 所述固定支架包括四根固定桿和四根支撐桿，四根固定桿垂直固定在水平面上， 四根支撐桿連接四根固定桿構(gòu)成一個(gè)矩形架;矩形架設(shè)有多根移動(dòng)桿，移動(dòng)桿與矩形架的 其中兩根支撐桿垂直，移動(dòng)桿能在與其垂直的兩根支撐桿上自由滑動(dòng)，四根固定桿的高度 可調(diào);所述固定支架長(zhǎng)寬大于水箱，不與水箱直接接觸；
[0014] 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括電機(jī)、傳動(dòng)軸和翼型固定裝置;傳動(dòng)軸連接電機(jī)和翼型固定裝置。傳 動(dòng)軸可調(diào)節(jié)翼型固定裝置的高度;可調(diào)節(jié)翼型固定裝置與傳動(dòng)軸垂直，可調(diào)節(jié)翼型固定裝 置上開有多個(gè)安裝孔，通過(guò)更換翼型固定裝置上不同位置的安裝孔，改變翼型旋轉(zhuǎn)半徑;翼 型通過(guò)攻角調(diào)節(jié)裝置與固定裝置上的安裝孔固定連接；電機(jī)設(shè)置在移動(dòng)桿上，電機(jī)可沿與 移動(dòng)桿垂直的支撐桿的長(zhǎng)度方向自由滑動(dòng)；
[0015] 上側(cè)主圓盤通過(guò)螺栓和螺柱固定在移動(dòng)桿上，下側(cè)主圓盤通過(guò)螺栓和螺柱設(shè)置在 水箱底部;上側(cè)主圓盤、下側(cè)主圓盤與傳遞軸同軸設(shè)置，翼型設(shè)置在上下側(cè)主圓盤之間；上 下側(cè)主圓盤外側(cè)設(shè)有可拆卸的圓環(huán)。
[0016] 所述的水箱外側(cè)設(shè)有照相機(jī)。
[0017] 操作實(shí)驗(yàn)裝置的具體步驟比較簡(jiǎn)單，首先選擇確定的翼型，固定好翼型并且調(diào)節(jié) 好設(shè)定的攻角;然后確定水箱內(nèi)流體類型，一般建議水箱內(nèi)裝滿水，根據(jù)研究需要的雷諾數(shù) 確定電機(jī)轉(zhuǎn)速;布置PIV系統(tǒng);最后開啟電機(jī)，當(dāng)翼型穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)后，通過(guò)PIV系統(tǒng)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)。
[001引有益效果：
[0019] 該實(shí)驗(yàn)裝置能夠針對(duì)翼型的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察，對(duì)翼型旋轉(zhuǎn)邊界層的理論研 究提供實(shí)驗(yàn)支持，對(duì)于基礎(chǔ)理論研究十分有益。
[0020] 該實(shí)驗(yàn)裝置可W通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)翼型在不同轉(zhuǎn)速下的實(shí)驗(yàn)研究，可W根 據(jù)研究需要更換不同的翼型，可根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)研究需求調(diào)節(jié)翼型攻角與葉片旋轉(zhuǎn)半徑，可 W調(diào)節(jié)改變上下圓盤的間距與圓盤直徑，可W調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)從而得到需要的不同流體 雷諾數(shù)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
[0021] 固定翼型的固定支架與水箱分離，可W避免水箱振動(dòng)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即避免由 于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的振動(dòng)作用帶動(dòng)水箱振動(dòng)，避免由此產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差?？筛鶕?jù)不同實(shí)驗(yàn) 研究需求調(diào)節(jié)翼型在水箱中的位置與翼型在水箱中的深度。綜上所述，該實(shí)驗(yàn)裝置具有高 度靈活性，滿足相關(guān)研究的不同的實(shí)驗(yàn)需求。
【附圖說(shuō)明】

[0022] 圖1為實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖3為翼型固定、調(diào)節(jié)裝置；
[0025] 圖4為可變直徑圓盤示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 該裝置通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)翼旋轉(zhuǎn)速度與機(jī)翼旋轉(zhuǎn)角度配合PIV技術(shù)，多角度對(duì)旋轉(zhuǎn)翼型 附近的流場(chǎng)進(jìn)行觀察研究，包括其邊界層的研究。
[0027] 假設(shè)實(shí)驗(yàn)裝置處于恒溫環(huán)境，當(dāng)水箱中的流體確定時(shí)，流體的密度P與動(dòng)力黏性系 數(shù)y為恒值。實(shí)驗(yàn)中所用的翼型確定時(shí)，翼型弦長(zhǎng)d大小也為恒值。此時(shí)雷諾數(shù)Re僅由流體速 度V決定，而流體速度V與翼型旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，由于翼型壁面的無(wú)滑移邊界條件，在本實(shí)驗(yàn)中 可W認(rèn)為于翼型壁面處的流體速度為翼型旋轉(zhuǎn)的線速度。假設(shè)實(shí)驗(yàn)裝置處于恒溫環(huán)境，當(dāng) 水箱中的流體種類確定時(shí)，則本實(shí)驗(yàn)的雷諾數(shù)Re僅由翼型旋轉(zhuǎn)速度決定。利用本實(shí)驗(yàn)裝置 可W通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速在不同翼型旋轉(zhuǎn)速度觀察不同雷諾數(shù)情況下翼型周圍的流體流動(dòng) 情況，為研究旋轉(zhuǎn)翼型的邊界層理論給予實(shí)驗(yàn)支持。
[00%]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029] 如圖1、圖2所示，一種關(guān)于旋轉(zhuǎn)翼型設(shè)備的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括水箱1、固 定支架2、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)3、照相機(jī)8、主圓盤7和可拆卸圓環(huán)4;固定支架2與水箱1分離，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)3 位于固定支架2上；
[0030] 所述固定支架2包括四根固定桿和四根支撐桿，四根固定桿垂直固定在水平面上， 四根支撐桿連接四根固定桿構(gòu)成一個(gè)矩形架2-1;矩形架2-1設(shè)有多根移動(dòng)桿2-2,移動(dòng)桿2- 2與矩形架2-1的其中兩根支撐桿垂直，移動(dòng)桿2-2能在與其垂直的兩根支撐桿上自由滑動(dòng)， 四根固定桿的高度可調(diào);所述固定支架2長(zhǎng)寬大于水箱1，不與水箱直接接觸；
[0031] 如圖3所示，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)3包括電機(jī)3-1、傳動(dòng)軸3-2和翼型固定裝置3-3;傳動(dòng)軸3-2連 接電機(jī)3-1和翼型固定裝置3-3。傳動(dòng)軸3-2可調(diào)節(jié)翼型固定裝置3-3的高度;可調(diào)節(jié)翼型固 定裝置與傳動(dòng)軸3-2垂直，可調(diào)節(jié)翼型固定裝置上開有多個(gè)安裝孔，通過(guò)更換翼型固定裝置 3-3上不同位置的安裝孔，改變翼型旋轉(zhuǎn)半徑；，翼型6通過(guò)攻角調(diào)節(jié)裝置與固定裝置3-3上 的安裝孔固定連接；電機(jī)3-1設(shè)置在移動(dòng)桿上，電機(jī)3-1可沿與移動(dòng)桿垂直的支撐桿的長(zhǎng)度 方向自由滑動(dòng)；
[0032] 如圖4所示，上側(cè)主圓盤通過(guò)螺栓和螺柱固定在移動(dòng)桿上，下側(cè)主圓盤通過(guò)螺栓和 螺柱設(shè)置在水箱底部;上側(cè)主圓盤、下側(cè)主圓盤與傳遞軸同軸設(shè)置，翼型設(shè)置在上下側(cè)主圓 盤之間；上下側(cè)主圓盤外側(cè)設(shè)有可拆卸的圓環(huán)4。
[0033] 所述的水箱外側(cè)設(shè)有照相機(jī)。
[0034] 操作實(shí)驗(yàn)裝置的具體步驟包括：
[0035] 1選擇確定的翼型，根據(jù)需要的旋轉(zhuǎn)半徑固定好翼型并且調(diào)節(jié)好需要的葉片攻角；
[0036] 2根據(jù)葉片弦長(zhǎng)與攻角確定實(shí)驗(yàn)需要的上下圓盤直徑，然后安裝符合實(shí)驗(yàn)需求的 上下圓環(huán)；
[0037] 3根據(jù)葉片沿展向長(zhǎng)度確定上下圓盤的間距，通過(guò)可升降圓盤固定裝置調(diào)節(jié)下圓 盤在水箱中的位置使上下圓盤的間距滿足實(shí)驗(yàn)需求；
[0038] 4確定水箱內(nèi)流體類型，一般建議水箱內(nèi)裝滿水，然后根據(jù)研究需要的雷諾數(shù)確定 電機(jī)轉(zhuǎn)速；
[0039] 5布置PIV系統(tǒng)；
[0040] 6啟動(dòng)電機(jī)，當(dāng)翼型穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)后，通過(guò)PIV系統(tǒng)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0041] 其中PIV測(cè)量基本步驟為：
[0042] 1開啟系統(tǒng)，檢查激光、CCD照相機(jī)、軟件啟動(dòng)是否正常；
[0043] 2預(yù)估測(cè)試區(qū)域的主流速度(根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速）；
[0044] 3設(shè)定兩脈沖時(shí)間間隔和脈沖延遲時(shí)間；
[0045] 4加入示蹤粒子；
[0046] 5采集圖像，實(shí)現(xiàn)跨帖測(cè)量；
[0047] 6得到一定結(jié)果后。調(diào)節(jié)光片參數(shù)、照相機(jī)放大率、光圈和粒子濃度等參數(shù)提供圖 像質(zhì)量；
[0048] 7調(diào)試結(jié)束后，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，拍攝標(biāo)尺圖像，進(jìn)行后處理。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 關(guān)于旋轉(zhuǎn)翼型設(shè)備的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括水箱、固定支架、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、主圓盤 和可拆卸圓環(huán);固定支架與水箱分離，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)位于固定支架上； 所述固定支架包括四根固定桿和四根支撐桿，四根固定桿垂直固定在水平面上，四根 支撐桿連接四根固定桿構(gòu)成一個(gè)矩形架;矩形架設(shè)有多根移動(dòng)桿，移動(dòng)桿與矩形架的其中 兩根支撐桿垂直，移動(dòng)桿能在與其垂直的兩根支撐桿上自由滑動(dòng)，四根固定桿的高度可調(diào)； 所述固定支架長(zhǎng)寬大于水箱，不與水箱直接接觸； 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括電機(jī)、傳動(dòng)軸和翼型固定裝置;傳動(dòng)軸連接電機(jī)和翼型固定裝置;傳動(dòng)軸 可調(diào)節(jié)翼型固定裝置的高度;可調(diào)節(jié)翼型固定裝置與傳動(dòng)軸垂直，可調(diào)節(jié)翼型固定裝置上 開有多個(gè)安裝孔，通過(guò)更換翼型固定裝置上不同位置的安裝孔，改變翼型旋轉(zhuǎn)半徑;翼型通 過(guò)攻角調(diào)節(jié)裝置與固定裝置上的安裝孔固定連接；電機(jī)設(shè)置在移動(dòng)桿上，電機(jī)可沿與移動(dòng) 桿垂直的支撐桿的長(zhǎng)度方向自由滑動(dòng)； 上側(cè)主圓盤設(shè)置在移動(dòng)桿上，下側(cè)主圓盤設(shè)置在水箱底部;上側(cè)主圓盤、下側(cè)主圓盤與 傳遞軸同軸設(shè)置，翼型設(shè)置在上下側(cè)主圓盤之間；上下側(cè)主圓盤外側(cè)設(shè)有可拆卸的圓環(huán)； 所述的水箱外側(cè)設(shè)有照相機(jī)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)于旋轉(zhuǎn)翼型設(shè)備的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的上側(cè)主圓 盤通過(guò)螺栓和螺柱固定在移動(dòng)桿上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)于旋轉(zhuǎn)翼型設(shè)備的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:下側(cè)主圓盤通過(guò) 螺栓和螺柱設(shè)置在水箱底部。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK205719472SQ201620347348
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】李哲弘, 竇華書, 楊徽, 許文倩
【申請(qǐng)人】浙江理工大學(xué)