本發(fā)明屬于船舶與水下航行器工程、水利水電工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及附著型空化流體實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

背景技術(shù)：

工程領(lǐng)域中的空化現(xiàn)象大多數(shù)是一種附著型空化。研究表明，空化的發(fā)展過程具有強(qiáng)烈的非定常特性，伴隨著復(fù)雜的流體作用力。附著型空穴斷裂及大尺度空泡云團(tuán)的脫落和潰滅往往會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)、噪聲和壓力脈沖，這些問題涉及到了多個(gè)工程領(lǐng)域里關(guān)鍵問題的解決。

附著型非定?？栈黧w流動(dòng)涉及到湍流、動(dòng)量和質(zhì)量轉(zhuǎn)換、可壓縮性和非定常等幾乎所有的復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象，這使得附著型非定常空化流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，如各種漩渦結(jié)構(gòu)(馬蹄渦，發(fā)卡渦等)、回射流運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。尤其是，隨著附著型空化流體內(nèi)部含氣率的增加，空化流體的聲速會(huì)顯著降低，一定工況下會(huì)導(dǎo)致泡狀流激波的產(chǎn)生，已有學(xué)者對(duì)該激波誘導(dǎo)附著型空穴斷裂及脫落機(jī)制進(jìn)行研究。開展附著型空化流體內(nèi)部復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究工作對(duì)于提高對(duì)空化機(jī)理的認(rèn)識(shí)具有重要意義，因此，亟需發(fā)明新的研究手段。

由于空化現(xiàn)象的復(fù)雜性，實(shí)驗(yàn)研究一直是推動(dòng)人們對(duì)空化流動(dòng)機(jī)理認(rèn)識(shí)的基本方法，空化流動(dòng)的常規(guī)研究設(shè)備主要有高速全流場(chǎng)顯示技術(shù)、粒子測(cè)速技術(shù)(PIV)、激光多普勒測(cè)速(LDV)、激光誘導(dǎo)熒光(LIF)和微小型傳感器。先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)明，是推動(dòng)人們對(duì)空化機(jī)理認(rèn)識(shí)的重要途徑，例如，北京理工大學(xué)的王國玉等分別采用高速攝像技術(shù)和粒子測(cè)速技術(shù)(PIV)研究了繞翼型和回轉(zhuǎn)體的空穴形態(tài)演變過程以及空化流動(dòng)的速度場(chǎng)。但高速攝像技術(shù)是針對(duì)空化流體整體形態(tài)演變進(jìn)行觀察，無法精確捕捉到空化流體內(nèi)部眾多復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：針對(duì)現(xiàn)有測(cè)量設(shè)備無法精確捕捉空化流體內(nèi)部各種精細(xì)結(jié)構(gòu)的問題，提供了一種基于內(nèi)窺鏡的附著型非定常空化流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：附著型非定常空化流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察裝置，其特征是：它包括：水洞觀察段，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，玻璃窗組件，內(nèi)窺鏡相機(jī)，內(nèi)窺鏡鏡頭，內(nèi)窺鏡光源，內(nèi)窺鏡照明系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡圖像顯示器和內(nèi)窺鏡圖像采集存儲(chǔ)電腦主機(jī)；

水洞觀察段包括：試驗(yàn)段，透明有機(jī)玻璃；試驗(yàn)段為矩形斷面結(jié)構(gòu)，頂面、前面以及側(cè)面為便于觀察的透明有機(jī)玻璃板；

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑樾ㄐ谓Y(jié)構(gòu)，前部分為收縮段，后部分為擴(kuò)張段，附著型空化發(fā)生在擴(kuò)張段流動(dòng)分離區(qū)域，在擴(kuò)張段流動(dòng)分離區(qū)域布置有兩個(gè)玻璃窗組件安裝螺紋孔；試驗(yàn)段底部與水洞觀察段下部通過螺栓孔連接，在試驗(yàn)段底部銑出一圈密封槽，采用O型密封圈進(jìn)行水密封；

玻璃窗組件包括：玻璃凸臺(tái)，玻璃壓圈和玻璃套；玻璃套上部的螺紋結(jié)構(gòu)以與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿U(kuò)張段的螺紋孔相裝配；

內(nèi)窺鏡相機(jī)用于拍攝內(nèi)窺鏡鏡頭所觀察的圖像；

內(nèi)窺鏡鏡頭通過長管探入玻璃窗組件進(jìn)行觀察；

內(nèi)窺鏡光源為內(nèi)窺鏡鏡頭觀察區(qū)域提供照明；

內(nèi)窺鏡照明系統(tǒng)控制內(nèi)窺鏡光源能量等級(jí)，保證內(nèi)窺鏡鏡頭觀察區(qū)域的亮度達(dá)到拍攝要求；

內(nèi)窺鏡圖像顯示器用于對(duì)內(nèi)窺鏡鏡頭觀察以及捕捉精細(xì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)內(nèi)窺鏡圖像顯示器提供圖像對(duì)內(nèi)窺鏡鏡頭位置和內(nèi)窺鏡光源能量等級(jí)進(jìn)行調(diào)節(jié)；

內(nèi)窺鏡圖像采集存儲(chǔ)電腦主機(jī)采集并存儲(chǔ)內(nèi)窺鏡相機(jī)拍攝的圖像。

附著型非定?？栈黧w內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察方法，它使用如上所述的附著型非定?？栈黧w內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察裝置，并包括以下步驟：

a.調(diào)節(jié)流動(dòng)參數(shù)，使實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄U(kuò)張段流動(dòng)分離區(qū)域產(chǎn)生附著型空化；

b.通過內(nèi)窺鏡圖像顯示器觀察內(nèi)窺鏡鏡頭是否觀察到預(yù)期的空化結(jié)構(gòu)，否則，移動(dòng)內(nèi)窺鏡鏡頭位置；

c.設(shè)置內(nèi)窺鏡相機(jī)的采集頻率以及采集時(shí)間長度；

d.調(diào)節(jié)內(nèi)窺鏡光源照明區(qū)域和光源能量等級(jí)，使得內(nèi)窺鏡鏡頭觀察圖像清晰；

e.當(dāng)觀察到預(yù)期空化結(jié)構(gòu)產(chǎn)生條件時(shí)使用內(nèi)窺鏡相機(jī)采集圖像；

f.內(nèi)窺鏡相機(jī)采集的圖像信息存儲(chǔ)至內(nèi)窺鏡圖像采集存儲(chǔ)電腦主機(jī)；

g.多工況多次重復(fù)試驗(yàn)；

h.在內(nèi)窺鏡圖像顯示器上觀察多場(chǎng)同步采集的圖像信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；

i.結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

有益效果：本發(fā)明利用內(nèi)窺鏡對(duì)物體內(nèi)部復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)的窺探優(yōu)勢(shì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)附著型非定?？栈黧w內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的觀察研究。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明裝置部分中實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明裝置部分中玻璃窗組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明裝置部分中玻璃窗組件的剖視圖；

圖5為圖4的仰視圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，參見附圖1，附著型非定常空化流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察裝置，它包括：水洞觀察段，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，玻璃窗組件13，內(nèi)窺鏡相機(jī)10，內(nèi)窺鏡鏡頭8，內(nèi)窺鏡光源7，內(nèi)窺鏡照明系統(tǒng)9，內(nèi)窺鏡圖像顯示器12和內(nèi)窺鏡圖像采集存儲(chǔ)電腦主機(jī)11；

水洞觀察段包括：試驗(yàn)段3，透明有機(jī)玻璃2；試驗(yàn)段3為矩形斷面結(jié)構(gòu)，頂面、前面以及側(cè)面為便于觀察的透明有機(jī)玻璃板2；

參見附圖2，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?為楔形結(jié)構(gòu)，前部分為收縮段，后部分為擴(kuò)張段，附著型空化發(fā)生在擴(kuò)張段流動(dòng)分離區(qū)域4，在擴(kuò)張段流動(dòng)分離區(qū)域4布置有兩個(gè)玻璃窗組件安裝螺紋孔5，6；試驗(yàn)段3底部與水洞觀察段下部通過螺栓孔14連接，在試驗(yàn)段3底部銑出一圈密封槽15，采用O型密封圈進(jìn)行水密封；

參見附圖3-5，玻璃窗組件13包括：玻璃凸臺(tái)13-1，玻璃壓圈13-2和玻璃套13-3；玻璃套13-3上部的螺紋結(jié)構(gòu)以與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?擴(kuò)張段的螺紋孔5，6相裝配；玻璃套13-3下部為便于扳手安裝的六棱柱結(jié)構(gòu)；

內(nèi)窺鏡相機(jī)10用于拍攝內(nèi)窺鏡鏡頭8所觀察的圖像；內(nèi)窺鏡相機(jī)10安裝時(shí)采用橡膠隔震墊和海綿隔震墊雙重隔震措施；

內(nèi)窺鏡鏡頭8通過長管探入玻璃窗組件13進(jìn)行觀察；

內(nèi)窺鏡光源7為內(nèi)窺鏡鏡頭8觀察區(qū)域提供照明；

內(nèi)窺鏡照明系統(tǒng)9控制內(nèi)窺鏡光源7能量等級(jí)，保證內(nèi)窺鏡鏡頭8觀察區(qū)域的亮度達(dá)到拍攝要求；

內(nèi)窺鏡圖像顯示器12用于對(duì)內(nèi)窺鏡鏡頭8觀察以及捕捉精細(xì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)內(nèi)窺鏡圖像顯示器12顯示的畫面對(duì)內(nèi)窺鏡鏡頭8位置和內(nèi)窺鏡光源7能量等級(jí)進(jìn)行調(diào)節(jié)；

內(nèi)窺鏡圖像采集存儲(chǔ)電腦主機(jī)11采集并存儲(chǔ)內(nèi)窺鏡相機(jī)10拍攝的圖像。

實(shí)施例2，附著型非定?？栈黧w內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察方法，它使用如實(shí)施例1所述的附著型非定常空化流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察裝置，并包括以下步驟：

a.調(diào)節(jié)流動(dòng)參數(shù)，使實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?的擴(kuò)張段流動(dòng)分離區(qū)域4產(chǎn)生附著型空化；

b.通過內(nèi)窺鏡圖像顯示器12觀察內(nèi)窺鏡鏡頭8是否觀察到預(yù)期的空化結(jié)構(gòu)，否則，移動(dòng)內(nèi)窺鏡鏡頭8位置；

c.設(shè)置內(nèi)窺鏡相機(jī)10的采集頻率以及采集時(shí)間長度；

d.調(diào)節(jié)內(nèi)窺鏡光源7照明區(qū)域和光源能量等級(jí)，使得內(nèi)窺鏡鏡頭8觀察圖像清晰；

e.當(dāng)觀察到預(yù)期空化結(jié)構(gòu)產(chǎn)生條件時(shí)使用內(nèi)窺鏡相機(jī)10采集圖像；

f.內(nèi)窺鏡相機(jī)10采集的圖像信息存儲(chǔ)至內(nèi)窺鏡圖像采集存儲(chǔ)電腦主機(jī)11；

g.多工況多次重復(fù)試驗(yàn)；

h.在內(nèi)窺鏡圖像顯示器12上觀察多場(chǎng)同步采集的圖像信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；

i.結(jié)束實(shí)驗(yàn)。