本發(fā)明涉及一種流激渦放頻率實(shí)驗(yàn)裝置，屬于構(gòu)件振動(dòng)參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)流體以一定速率與構(gòu)件接觸時(shí)，流體前緣受構(gòu)件阻礙產(chǎn)生高壓區(qū)，高壓區(qū)將沿構(gòu)件兩側(cè)向下延伸，到達(dá)截面寬度最大處分離，流體分離后沿結(jié)構(gòu)表面發(fā)生回流現(xiàn)象。回流使原流體邊界層脫離構(gòu)件表面，形成向下游延伸的自由剪切層和夾在兩個(gè)剪切層之間的尾流區(qū)。由于剪切層與外圍自由流區(qū)接觸，速度會(huì)大于內(nèi)部尾流區(qū)，流體將先產(chǎn)生若干具有一定周期性的漩渦而后分散.當(dāng)漩渦脫離構(gòu)件時(shí)，它對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生的升力相應(yīng)減小，直至消失，而對(duì)側(cè)繼續(xù)產(chǎn)生下一個(gè)漩渦，并生成與剛才升力方向相反的力，每對(duì)漩渦構(gòu)成一組垂直于來(lái)流方向的周期力，周而復(fù)始作用于構(gòu)件上，引發(fā)構(gòu)件的振動(dòng)，這種振動(dòng)稱為渦激振動(dòng)，此時(shí)漩渦引起的振動(dòng)頻率稱為流激渦放頻率。

當(dāng)渦激振動(dòng)渦放頻率與構(gòu)件固有頻率接近甚至相同時(shí)，將使構(gòu)件發(fā)生共振現(xiàn)象，引起構(gòu)件的劇烈振動(dòng)，對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生破壞甚至影響整體結(jié)構(gòu)的正常工作。因此，得到構(gòu)件在某一工作條件下的流激渦放頻率就很重要，在設(shè)計(jì)階段就使構(gòu)件的固有頻率盡可能遠(yuǎn)離其流激渦放頻率。然而當(dāng)構(gòu)件尺寸較大或?qū)嶒?yàn)條件難以滿足時(shí)，采取模擬實(shí)際情況下的渦激振動(dòng)試驗(yàn)就會(huì)存在高成本、浪費(fèi)資源等缺點(diǎn)，這時(shí)采取低成本的縮尺比水洞渦激振動(dòng)試驗(yàn)就顯得很重要，不僅能降低成本，而且還有試驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)單、方便等特點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)，關(guān)于流激渦放頻率實(shí)驗(yàn)裝置相類似的專利鮮有發(fā)表，與本發(fā)明申請(qǐng)有關(guān)的公開(kāi)資料主要包括：1、低速風(fēng)洞洞體設(shè)計(jì)(《機(jī)床與液壓2008年5月》)；2、橫置于拖曳水池中柔性管件模型的渦激振動(dòng)試驗(yàn)裝置(專利號(hào)公開(kāi)號(hào)CN101089578 2007年12月)；3、一種海底管道均勻流渦激振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置(專利號(hào)公開(kāi)號(hào)CN202033164U 2011年11月)。

文獻(xiàn)1應(yīng)用流體仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的低速風(fēng)洞流場(chǎng)品質(zhì)進(jìn)行了驗(yàn)證，總結(jié)出了低速直流風(fēng)洞洞體設(shè)計(jì)方面一些主要參數(shù)的選取依據(jù)，并且在這些依據(jù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一低速直流風(fēng)洞，最后利用仿真軟件Fluent對(duì)該風(fēng)洞的流場(chǎng)品質(zhì)進(jìn)行了驗(yàn)證，與本專利差異巨大。專利1和2均屬于大型拖曳水池中管件渦激振動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，在原理、裝置結(jié)構(gòu)及應(yīng)用范圍等方面與本專利都存在較大差異。

根據(jù)以上查新結(jié)果分析，已公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)和專利與本發(fā)明均有較大差異。本專利對(duì)流激渦放頻率簡(jiǎn)易試驗(yàn)裝置的測(cè)量原理和使用方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為構(gòu)件流激渦放頻率的測(cè)量提供了一種有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種流激渦放頻率實(shí)驗(yàn)裝置，用于測(cè)量試件受流體擾動(dòng)而產(chǎn)生的渦放頻率。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括流激試驗(yàn)管道、蜂窩器、軸流泵電機(jī)、流速測(cè)速儀、可拆卸水密蓋板，截面形狀是圓弧形的非實(shí)驗(yàn)區(qū)管道的兩個(gè)端部分別通過(guò)突縮段和突擴(kuò)段與截面形狀是方形的試驗(yàn)區(qū)管道的兩端過(guò)度連接，且流激試驗(yàn)管道是由非試驗(yàn)區(qū)管道和試驗(yàn)區(qū)管道組成的方形結(jié)構(gòu)，非試驗(yàn)區(qū)管道上方設(shè)置有注水口和排氣口，所述試驗(yàn)區(qū)管道的一個(gè)面上設(shè)置有方形孔，可拆卸水密蓋板安裝在所述方形孔上，流速測(cè)速儀設(shè)置在試驗(yàn)區(qū)管道的上壁面的前端，試件安裝在試驗(yàn)區(qū)管道內(nèi)，且試件上設(shè)置有壓力機(jī)和振動(dòng)加速度計(jì)，軸流泵電機(jī)設(shè)置在流激試驗(yàn)管道外部，軸流泵電機(jī)的輸出端連接有水密軸管，水密軸管的端部伸入至非實(shí)驗(yàn)區(qū)管道內(nèi)，且水密軸管的端部安裝有軸流泵槳葉，所述蜂窩器設(shè)置在軸流泵槳葉與突縮段之間的非實(shí)驗(yàn)區(qū)管道上。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.注水口和排氣口上分別設(shè)置有水密活塞。

2.試驗(yàn)區(qū)管道的上下兩個(gè)壁面的材料是有機(jī)玻璃、其余兩個(gè)壁面的材料是鋼，非實(shí)驗(yàn)區(qū)管道的材料是鋼。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明可以測(cè)得試件的流激渦放頻率，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、測(cè)量范圍廣、操作方便、精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的流激試驗(yàn)管道是由非試驗(yàn)區(qū)管道和試驗(yàn)區(qū)管道組成的方形結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)軸流泵電機(jī)檔位控制管道內(nèi)流速的大小，有效模擬實(shí)際條件下渦激振動(dòng)情況；利用蜂窩器均勻來(lái)流，滿足試驗(yàn)對(duì)流體均勻度的要求，穩(wěn)定試驗(yàn)測(cè)試環(huán)境提高測(cè)量精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的主視方向的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的左視方向的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的俯視方向的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的軸流泵電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的蜂窩器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的可拆卸水密蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.注水口，2.排氣口，3.水密活塞，4.非試驗(yàn)區(qū)管道，5.軸流泵電機(jī)，6.水密軸管，7.軸流泵槳葉，8.軸流泵槳轂，9.蜂窩器，10.突縮段，11.流速測(cè)速儀，12.水密蓋板，13.緊固螺絲，14.試驗(yàn)區(qū)管道，15.突擴(kuò)段。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明的流激渦放頻率簡(jiǎn)易試驗(yàn)裝置包括流激試驗(yàn)管道、蜂窩器9、軸流泵電機(jī)5、流速測(cè)速儀11、水密蓋板12、注水口1、排氣口2、水密活塞3和設(shè)置在試件上的壓力計(jì)、振動(dòng)加速度計(jì)，如圖7所示。流激試驗(yàn)管道分非試驗(yàn)區(qū)管道和試驗(yàn)區(qū)管道，非試驗(yàn)區(qū)為截面形狀是圓形的管道，管道半徑為0.4m，非試驗(yàn)區(qū)的上部圓柱形管道左邊設(shè)置有注水口1，用于試驗(yàn)前向試驗(yàn)裝置內(nèi)注水，注完水后用水密活塞3水密，右邊設(shè)置有排氣口2，用于注水時(shí)試驗(yàn)裝置排氣，排氣口2注水時(shí)開(kāi)啟試驗(yàn)時(shí)水密，開(kāi)口半徑為0.08m，高為0.1m，圓弧區(qū)半徑1m，非試驗(yàn)區(qū)的下部圓柱形管道左邊設(shè)置有軸流泵槳軸系統(tǒng)，軸流泵電機(jī)5置于管道外左側(cè)，通過(guò)傳動(dòng)軸與槳軸系統(tǒng)相連，槳葉和槳轂通過(guò)軸系與電機(jī)相連且置于管道左側(cè)內(nèi)，扇葉半徑為0.38m，傳動(dòng)軸半徑為0.08m，軸管半徑0.1m，軸流泵槳軸系統(tǒng)右側(cè)設(shè)置有蜂窩器9，蜂窩器9厚度為0.2m，用以均勻來(lái)流；非試驗(yàn)區(qū)管道逐漸過(guò)渡到試驗(yàn)區(qū)管道，試驗(yàn)區(qū)管道為截面形狀是方形的管道，試驗(yàn)區(qū)管道尺寸為0.5m×0.5m，試驗(yàn)區(qū)管道上壁面前端布置流速測(cè)速儀11，試驗(yàn)區(qū)管道的上壁面中部開(kāi)口設(shè)置可拆卸水密蓋板12，水密蓋板12通過(guò)螺絲與上壁面固定，水密蓋板12卸下后可向試驗(yàn)區(qū)安裝試件，試件上設(shè)置有壓力計(jì)、加速度計(jì)。突縮段10和突擴(kuò)段15管道長(zhǎng)度均為0.3m，流激試驗(yàn)管道左右對(duì)稱分布，管道整體長(zhǎng)5.04m，高2.85m。所有管道厚度均為0.01m，為方便觀察，試驗(yàn)區(qū)管道左右壁面為有機(jī)玻璃，上下壁面為鋼，其余所有柱形管道壁面均為鋼。

下面分步對(duì)本發(fā)明的各個(gè)組成進(jìn)行描述：

(1)流激試驗(yàn)管道和可拆卸水密蓋板

流激試驗(yàn)管道采用形式：流激試驗(yàn)管道分非試驗(yàn)區(qū)管道4和試驗(yàn)區(qū)管道14，非試驗(yàn)區(qū)為柱形管道，逐步過(guò)渡為試驗(yàn)區(qū)的方形管道，試驗(yàn)區(qū)管道上方前部布置有流速測(cè)速儀11，上方中央開(kāi)有方形孔，水密蓋板12通過(guò)緊固螺絲13與方形開(kāi)孔四周連接，且與可拆卸水密蓋板12水密，方形開(kāi)孔方便試件安裝，也即這有利于儀器及測(cè)量設(shè)備的布置，開(kāi)口尺寸為0.50m×0.24m，且以可拆卸水密蓋板12水密，水密蓋板12尺寸為0.60m×0.34m，邊緣厚度為0.01m，中間厚度為0.02m。水密蓋板12邊緣共開(kāi)12個(gè)螺絲孔，孔直徑0.02m，如圖6所示。

(2)注水口和排氣口

非試驗(yàn)區(qū)圓柱形管道上方設(shè)置有出氣口和排氣口2，用來(lái)向試驗(yàn)裝置內(nèi)注水。試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，先打開(kāi)注水口1和排氣口2的水密活塞3，然后通過(guò)注水口1向?qū)嶒?yàn)裝置內(nèi)注水，待裝置內(nèi)水滿后停止注水并用水密活塞3水密注水口1和排氣口2。

(3)蜂窩器

非試驗(yàn)區(qū)圓柱形管道下方設(shè)置蜂窩器9，蜂窩器9主要起到均勻流體的作用，由軸流泵槳葉7產(chǎn)生的水流很不均勻，會(huì)影響試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，蜂窩器9因其多空結(jié)構(gòu)可使來(lái)流快速均勻，滿足試驗(yàn)對(duì)流體均勻度的要求。

(4)軸流泵電機(jī)

非試驗(yàn)區(qū)圓柱形管道下方左側(cè)布置有軸流泵系統(tǒng)，包括電機(jī)、軸系、水密軸管6、槳葉和槳轂。電機(jī)布置于管道外部，槳轂、槳葉布置與管道內(nèi)部蜂窩器9左側(cè)，通過(guò)軸系與電機(jī)相連接，軸系外包有水密軸管6，水密軸管6與圓柱形試驗(yàn)管道相連，通過(guò)調(diào)節(jié)軸流泵電機(jī)5檔位來(lái)控制管道內(nèi)流速的大小，以滿足試驗(yàn)條件。

(5)流速測(cè)速儀

由前述可知試驗(yàn)區(qū)方形管道的具體尺寸(a＝0.5m)，由雷諾數(shù)公式Re＝VL/μ，L為水力半徑，流速測(cè)速儀11可測(cè)得方管內(nèi)流速，利用公式算得雷諾數(shù)。為保證試驗(yàn)與實(shí)際情況相符合，應(yīng)使兩者的雷諾數(shù)(Re)相等來(lái)確保試驗(yàn)與實(shí)際流場(chǎng)情況相同，由公式St＝f_sL/V＝f_s′L′/V′可以得到構(gòu)件實(shí)際的渦放頻率f_s＝f_s′(L′/L)·(V/V′)。

本發(fā)明的具體工作過(guò)程是：打開(kāi)注水口1和排氣口2水密活塞3，從注水口1向裝置內(nèi)注水，注水完畢后使用水密活塞3水密注水口1和排氣口2，軸流泵系統(tǒng)運(yùn)行，流體在管道中流動(dòng)，蜂窩器9使流體均勻流向試驗(yàn)區(qū)，流速測(cè)速儀11可測(cè)得管道內(nèi)流速值，進(jìn)而可算出管道內(nèi)流體雷諾數(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)軸流泵電機(jī)5檔位控制管道內(nèi)流速的大小，進(jìn)而改變流場(chǎng)雷諾數(shù)，以保證試驗(yàn)與實(shí)際情況雷諾數(shù)相同，真實(shí)模擬實(shí)際流場(chǎng)情況。通過(guò)調(diào)節(jié)軸流泵電機(jī)5檔位控制管道內(nèi)流速，利用流速測(cè)速儀11測(cè)得管道內(nèi)流速值V'，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)與實(shí)際情況的雷諾Re相一致，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)與實(shí)際流場(chǎng)相同，利用壓力計(jì)、加速度計(jì)測(cè)得構(gòu)件的流激渦放頻率f_s′，由公式St＝f_sL/V＝f_s′L′/V′可以得到大型構(gòu)件實(shí)際的渦放頻率f_s＝f_s′(L′/L)·(V/V′)，達(dá)到以較小的試驗(yàn)件測(cè)量大型構(gòu)件的流激渦放頻率。