[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

说明书

本发明为一种中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽及试验测试方法，循环水槽主要由三大部分组成，第一部分是工作部分，其包括工作段、收缩段、及整流段；第二部分是回流部分，其包括扩张段、拐角段、直管段、动力系统及水箱；第三部分是试验部分，主要包括试件、传感器、LDV测速仪、PIV相机以及激光仪等。动力系统与工作部分之间用扩张段、直管段、拐角段、水箱等连接，且整流段中安装有整流格和阻尼网，拐角段中安装有导流片。在试验过程中，用多轴力传感器测量试件绕流升阻力、用LDV测量流速、用PIV拍摄流场。本发明结构占地面积小，能模拟高雷诺数工况，可广泛应用于管柱绕流模拟、涡激振动等水力学领域的实验研究。

技术领域

本发明涉及中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽及试验测试方法，具体地说是涉及一种中高雷诺数下管柱绕流性能测试的循环水槽实验平台，属于实验设备领域。

背景技术

循环水槽作为一种水循环试验装置，其自身性能的好坏体现在横截面流速分布的均匀性、水面的倾斜度与波浪的状况、工作流体的湍流度的大小以及气泡含量与透明度这四个方面，除此外，通过优化设计收缩段的形状、以及合理选择布置导流片的方式，可以提高流速的均匀性、改善流体的稳定性。

国内外循环水槽实验装置的发展十分的迅速，由过去的大型变为现在的小型化；同时，循环水槽实验装置的精密化程度也在不断提高。目前，循环水槽的建造技术发展已经十分成熟，可完成的实验种类也逐渐增多，并且由于现代化先进测试技术的引入，实验数据的精准性也得到了进一步的提升，但由于目前循环水槽主要用于开展船模阻力试验、推进器敞水试验、操纵性试验等有关试验研究，缺乏用于中高雷诺数下管柱绕流性能测试的循环水槽实验平台。故本发明装置的目的在于，利用循环水槽制造连续稳定流场的特点，来近似模拟中高雷诺数工况，发明一种用于中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽实验装置。

发明内容

针对当前循环水槽的结构特点以及能应用的场合和实现的功能，本发明提供了一种用于中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽及试验测试方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽，主要包括三个部分：工作部分、回流部分以及试验部分。水箱与工作部分之间用扩张段、直管段、拐角段以及整流段连接。在动力系统的作用下，水流从水箱出水口流出，依次流经回流部分、工作部分、回流部分，最后回到水箱进水口，实现水流循环。

工作原理：本发明中高雷诺数下绕流模拟的小型循环水槽及试验测试方法，试验将隔水管简化为刚性圆柱模型，在水槽工作段中模拟出一种高流速、高雷诺数的实验环境，然后使用多轴力传感器测量圆柱试件绕流阻力和升力，用LDV测速以及使用PIV观察流场。

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。能便于封闭盖与试件连接杆连接；能将传感器置于静止的清水中，减少测量误差；便于满足试验要求，使封闭盖可拆卸。

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。能方便试验时试件与传感器的安装与拆卸，以及延长传感器的使用寿命。

所述工作段选材为钢化玻璃，是为了让工作段透明，便于实验的观察以及加工制造容易；工作段采用可拆卸的半封闭结构，能实现工作段在封闭与不封闭的状态切换。

所述收缩段采用中心对称的收缩方式是为了提高工作段的流场品质；同时收缩段轴线长度为450～500mm，收缩比为7～10、收缩曲线选用维氏曲线，是为了考虑到水槽整体的体积与加工的经济性，提高水流速度的均匀度。