專利名稱：摻氣減蝕直流式水洞裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直流式水洞裝置，特別是一種用于研究摻氣減蝕的直流式水洞裝置。
背景技術(shù)：
在溢流壩、泄洪洞、溢洪道等泄水建筑物中，當(dāng)水流流速達(dá)到一定程度時，水流壓強低于相應(yīng)的飽和蒸汽壓強，就會產(chǎn)生空化現(xiàn)象。空化會導(dǎo)致流動不穩(wěn)定，產(chǎn)生劇烈振動和噪聲，降低其水力性能，并且由低壓區(qū)流到較高壓力區(qū)時會產(chǎn)生空蝕破壞，使材料表面產(chǎn)生空蝕破壞，降低其使用壽命。國內(nèi)外有很多泄水建筑物都曾發(fā)生過空蝕破壞。當(dāng)空化現(xiàn)象不可避免時，為了減免高速水流空化產(chǎn)生的空蝕破壞，經(jīng)濟而有效的措施是在低壓空化區(qū)或在易發(fā)生空蝕部位上游設(shè)置摻氣設(shè)施強迫摻氣。經(jīng)過研究，摻氣可以有效地防止或減輕應(yīng)有的空蝕破壞程度。常規(guī)的循環(huán)式水洞難以研究高速水流摻氣減蝕的機理，因為水洞循環(huán)水流大量摻氣后除氣困難。

實用新型內(nèi)容為克服循環(huán)式水洞難以研究摻氣減蝕的缺點，本實用新型提出一種能有效地研究摻氣減蝕機理的摻氣減蝕直流式水洞裝置。本實用新型的技術(shù)方案摻氣減蝕直流式水洞裝置，其特征在于包括來流管道、收縮段、摻氣段、用于研究空化的觀察段、用于研究空蝕的擴散段和出流管道，所述來流管道上安裝有調(diào)節(jié)閥、超聲波流量計和電磁流量計，所述觀察段和擴散段上均設(shè)有觀察窗，所述擴散段上安裝有可更換的混凝土試件，所述觀察段和擴散段底部放置有可更換的試驗?zāi)Ｐ?，其底部均設(shè)有依次排列的測壓點，所述出流管道中安裝有背壓閥。進(jìn)一步，所述收縮段是由大到小漸縮的呈內(nèi)凹的1/4的橢圓曲線結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述觀察段和擴散段的兩側(cè)和頂部均設(shè)有觀察窗，所述觀察窗是有機玻璃觀察窗。進(jìn)一步，所述摻氣段設(shè)有不同孔徑的摻氣孔，所述摻氣孔按梅花形或交錯排列。進(jìn)一步，所述摻氣段設(shè)在所述收縮段與所述觀察段之間。本實用新型的工作過程為用水泵將蓄水池中水抽入到來流管道中，經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量、超聲波流量計和電磁流量計測量流量后進(jìn)入水洞工作段，水流在水洞工作段內(nèi)經(jīng)過收縮段增速減壓后形成高速水流進(jìn)入觀察段，此時若在觀察段放置試驗?zāi)Ｐ涂煽吹剿鲿l(fā)生空化現(xiàn)象，并形成包含許多空泡的空化水流；接著，空化水流進(jìn)入擴散段減速增壓會使空化水流中的空泡發(fā)生潰滅，此時，若在擴散段放置試驗?zāi)Ｐ?，會觀察到模型被空蝕；在出流管道中設(shè)有背壓閥，可調(diào)節(jié)空化水流在擴散段內(nèi)發(fā)生空蝕的程度。水流出擴散段后經(jīng)出流管道進(jìn)入回水槽返回蓄水池完成一次水流循環(huán)。為了減免高速水流發(fā)生空蝕破壞的作用，通常采用摻氣來減免空蝕，即在摻氣段把空氣摻入高速水流，以研究摻氣減蝕的機理。[0012]本實用新型的技術(shù)構(gòu)思，所述觀察段和擴散段的底部為活動式，可以更換不同試驗?zāi)Ｐ?，用來研究不同工況下?lián)綒鉁p蝕的機理。擴散段可以更換混凝土試件，方便研究空蝕對固體邊界的破壞程度。所述觀察段和擴散段的兩側(cè)和頂部設(shè)有有機玻璃觀察窗，則便于高速攝影機和三維粒子圖像測速儀(PIV)的觀測，從而研究空化水流的內(nèi)部流場。所述觀察段和擴散段的底部設(shè)有依次排列的測壓點，便于測量流場的壓力，從而研究空化水流的空化數(shù)。所述收縮段由大到小、呈內(nèi)凹的1/4的橢圓曲線漸縮，使得過流面積逐漸減小，以啟動水洞正常工作。所述摻氣段設(shè)有不同孔徑的摻氣孔，摻氣孔按梅花形或交錯排列，使高速水流摻氣更為均勻、穩(wěn)定。本實用新型具有操作簡單、設(shè)備齊全，能有效控制研究的實驗條件的優(yōu)點，且能有效地研究高速水流摻氣減蝕的機理。

圖1為本實用新型的側(cè)視圖。圖2為本實用新型的俯視圖。圖3為本實用新型觀察段不同結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型擴散段不同結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實用新型不同摻氣段的摻氣孔排列示意圖。圖6為本實用新型的剖面示意圖。圖7為本實施例得出減免空蝕最低摻氣濃度與流速的關(guān)系圖。
具體實施方式
參照圖廣圖6，摻氣減蝕直流式水洞裝置，包括來流管道1、收縮段2、摻氣段3、用于研究空化的觀察段4、用于研究空蝕的擴散段6和出流管道7，所述來流管道1上安裝有調(diào)節(jié)閥10、超聲波流量計8和電磁流量計12，所述觀察段4和擴散段6上均設(shè)有觀察窗，所述擴散段6上安裝有可更換的混凝土試件9，所述觀察段4和擴散段6的底部放置有可更換的試驗?zāi)Ｐ?，其底部均設(shè)有依次排列的測壓點5，所述的出流管道7中安裝有背壓閥11。所述收縮段2是由大到小漸縮的呈內(nèi)凹的1/4的橢圓曲線結(jié)構(gòu)。所述觀察段4和擴散段6的兩側(cè)和頂部均設(shè)有觀察窗，所述觀察窗是有機玻璃觀察窗。所述摻氣段3設(shè)有不同孔徑的摻氣孔，所述摻氣孔按梅花形或交錯排列。所述摻氣段3設(shè)在所述收縮段2與所述觀察段4之間。本實用新型的工作過程為用水泵將蓄水池中水抽入到來流管道1中，經(jīng)調(diào)節(jié)閥 10調(diào)節(jié)流量、超聲波流量計8和電磁流量計12測量流量后進(jìn)入水洞工作段，水流在水洞工作段內(nèi)經(jīng)過收縮段2增速減壓后形成高速水流進(jìn)入觀察段4，此時若在觀察段4放置試驗?zāi)Ｐ涂煽吹剿鲿l(fā)生空化現(xiàn)象，并形成包含許多空泡的空化水流；接著，空化水流進(jìn)入擴散段6減速增壓會使空化水流中的空泡發(fā)生潰滅，此時，若在擴散段6放置試驗?zāi)Ｐ?，會觀察到模型被空蝕；在出流管道7中設(shè)有背壓閥11，可調(diào)節(jié)空化水流在擴散段6內(nèi)發(fā)生空蝕的程度。水流出擴散段6后經(jīng)出流管道7進(jìn)入回水槽返回蓄水池完成一次水流循環(huán)。為了減免高速水流發(fā)生空蝕破壞的作用，通常采用摻氣來減免空蝕，即在摻氣段3把空氣摻入高速水流，以研究摻氣減蝕的機理。本實用新型的技術(shù)構(gòu)思，所述觀察段4和擴散段6可以更換不同模型，用來研究不同工況下?lián)綒鉁p蝕的機理。擴散段6可以更換混凝土試件，方便研究空蝕對固體邊界的破壞程度。所述觀察段4和擴散段6的兩側(cè)和頂部設(shè)有有機玻璃觀察窗，則便于高速攝影機和三維粒子圖像測速儀(PIV)的觀測，從而研究空化水流的內(nèi)部流場。所述觀察段4和擴散段6的底部設(shè)有依次排列的測壓點5，便于測量流場的壓力，從而研究空化水流的空化數(shù)。所述收縮段2由大到小、呈內(nèi)凹的1/4的橢圓曲線漸縮，使得過流面積逐漸減小， 以啟動水洞正常工作。摻氣段3設(shè)有不同孔徑的摻氣孔，摻氣孔按梅花形或交錯排列，使高速水流摻氣更為均勻、穩(wěn)定。參見圖7，試驗表明，采用本實用新型的直流式水洞時，可以有效地研究減免空蝕最低摻氣濃度(最少摻氣量)與水流速度的關(guān)系，提出半立方拋物線公式 Cmin=O. 00018V3/2。本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求1.摻氣減蝕直流式水洞裝置，其特征在于包括來流管道、收縮段、摻氣段、用于研究空化的觀察段、用于研究空蝕的擴散段和出流管道，所述來流管道上安裝有調(diào)節(jié)閥、超聲波流量計和電磁流量計，所述觀察段和擴散段上均設(shè)有觀察窗，所述擴散段上安裝有可更換的混凝土試件，所述觀察段和擴散段底部放置有可更換的試驗?zāi)Ｐ?，其底部均設(shè)有依次排列的測壓點，所述出流管道中安裝有背壓閥。
2.如權(quán)利要求1所述的摻氣減蝕直流式水洞裝置，其特征在于所述收縮段是由大到小漸縮的呈內(nèi)凹的1/4的橢圓曲線結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的摻氣減蝕直流式水洞裝置，其特征在于所述觀察段和擴散段的兩側(cè)和頂部均設(shè)有觀察窗，所述觀察窗是有機玻璃觀察窗。
4.如權(quán)利要求3所述的摻氣減蝕直流式水洞裝置，其特征在于所述摻氣段設(shè)有不同孔徑的摻氣孔，所述摻氣孔按梅花形或交錯排列。
5.如權(quán)利要求4所述的摻氣減蝕直流式水洞裝置，其特征在于所述摻氣段設(shè)在所述收縮段與所述觀察段之間。
專利摘要摻氣減蝕直流式水洞裝置，包括來流管道、收縮段、摻氣段、用于研究空化的觀察段、用于研究空蝕的擴散段和出流管道，所述來流管道上安裝有調(diào)節(jié)閥、超聲波流量計和電磁流量計，所述觀察段和擴散段上均設(shè)有觀察窗，所述擴散段上安裝有可更換的混凝土試件，所述觀察段和擴散段底部放置有可更換的試驗?zāi)Ｐ?，其底部均設(shè)有依次排列的測壓點，所述出流管道中安裝有背壓閥。本實用新型具有操作簡單、設(shè)備齊全，能有效控制研究的實驗條件的優(yōu)點，且能有效地研究摻氣減蝕的機理。
文檔編號G01M10/00GK202033172SQ20112002221
公開日2011年11月9日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者俞小偉, 王立, 董志勇, 韓偉, 顔效凡 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)