[发明专利]中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽及试验测试方法

权利要求书

1.中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽，其特征在于：包括水箱、动力系统、扩张段、拐角段、过渡直管段、整流段、收缩段以及工作段；试验部分包括试件、试件连接杆、传感器、传感器连接杆、LDV测速仪、PIV相机与激光仪、封闭盖等；封闭盖与试件连接杆之间采用螺纹连接，试件连接杆与试件之间采用螺纹连接，传感器连接杆与试件连接杆之间采用轴承连接，传感器通过传感器连接杆的中心孔与外界计算机连接；LDV测速仪放置在试件的上游，PIV相机布置在试件正下方，激光仪布置在试件正前方；试验使用多轴力传感器测量试件绕流升阻力，用LDV测速仪测量工作段流速、用PIV拍摄圆柱绕流流场。

2.权利要求1所述的中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽，其特征在于：所述封闭盖上方的圆柱孔加工有内螺纹，封闭盖下方设计有方形孔，封闭盖与工作段之间采用螺栓连接。

3.权利要求1所述的中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽，其特征在于：所述试件与试件连接杆之间采用螺纹连接的形式；所述传感器外有一层隔水保护壳，传感器通过传感器连接杆的中心孔与外界计算机连接；所述传感器连接杆可以调节高度，与试件连接杆之间采用轴承连接。

4.权利要求1所述的中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽，其特征在于：所述试件的直径与长径比在2到π之间，采用多轴力传感器测量试件绕流阻力和升力。

5.权利要求1所述的中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽，其特征在于：所述工作段材质为钢化玻璃，采用可拆卸的半封闭结构，且工作段下方设置有支撑架。

6.权利要求1所述的中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽，其特征在于：所述收缩段选用维氏收缩曲线设计，收缩比在7到10之间，收缩段轴线长度为450-500mm；同时收缩段采用中心对称的收缩方式。

7.权利要求1所述的中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽，其特征在于：所述整流段长度比例与工作段的长度比例设计为1:1；所述整流段中布置有正方形整流格，其材料采用1mm厚的环氧树脂板，同时选取开孔率为0.62，网孔直径为0.425mm，目数为40的阻尼网。

8.权利要求1所述的中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽，其特征在于：所述拐角段采用半圆形弯管的结构，第一拐角段与第二拐角段尺寸相等，且等距布置有5片导流片；第三拐角段与第四拐角段尺寸相等，且等距布置有4片导流片。

9.权利要求1所述的中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽，其特征在于：所述扩张段包括第一扩张段、第二扩张段；第一扩张段与第二扩张段扩张角相等，第二扩张段采用左、右、下三方同时扩张形式，第一扩张段采用上下左右完全扩张的形式。

10.基于权利要求1-9任意一项所述的循环水槽的试验测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)实验开始以后，打开泵(2)，水从水箱(1)流出，依次流经第一扩张段(3)、第一拐角段(4)、第一过渡直管段(5)、第二拐角段(6)以及整流段(7)、收缩段(8)，然后流入到工作段(10)中，最后再流经第二扩张段(15)、第三拐角段(16)、第二过渡直管段(17)、第四拐角段(18)，流回水箱(1)，实现水流循环；

(2)在整个水流循环中，工作段实现高流速、高雷诺数的雷诺相似模拟工况；在该模拟工况下，使用多轴力传感器测量圆柱试件绕流阻力和升力；使用安装好的LDV测速仪，调节支撑杆高度测量工作段不同截面的流速；使用PIV激光仪和布置在试件正下方的PIV照相机对流场特征进行捕捉，实现对流场的拍摄。