水下自吸氣噴嘴射流流動(dòng)特性一體化測(cè)試裝置系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水射流技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種水下自吸氣噴嘴射流流動(dòng)特性一體化測(cè)試裝置系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了一種低壓大流量自激吸氣式射流噴嘴(參考專利文獻(xiàn)1)，它是針對(duì)我國許多河流河道和水庫泥沙淤積的嚴(yán)重性以及如何將水庫庫底泥沙起動(dòng)、懸浮和輸移而設(shè)計(jì)的，該自激吸氣式射流噴嘴可以對(duì)泥沙進(jìn)行擾動(dòng)并借助水流將其挾帶沖走，進(jìn)而有效地控制和減少河道和水庫泥沙淤積。自激吸氣式噴嘴屬于低壓大流量噴嘴范疇，噴嘴內(nèi)部流動(dòng)及射流沖擊流動(dòng)均為氣液兩相流。
[0003]因此，對(duì)水下尤其是深水水庫的自吸氣噴嘴內(nèi)部的氣液兩相流動(dòng)特性和噴嘴氣液兩相射流的沖擊特性進(jìn)行觀察和測(cè)試，對(duì)于我們加深自吸氣噴嘴射流沖擊性能的認(rèn)識(shí)以及噴嘴實(shí)際應(yīng)用的研究有著十分重要的作用。
[0004]而上述針對(duì)自吸氣噴嘴射流兩個(gè)方面的研究必須借助一套噴嘴測(cè)試裝置系統(tǒng)來完成。目前國內(nèi)外各種水下射流技術(shù)噴嘴測(cè)試裝置系統(tǒng)的研究主要集中在高壓小流量和小尺寸結(jié)構(gòu)噴嘴。
[0005]在當(dāng)前水射流業(yè)內(nèi)相關(guān)研究中采用的噴嘴射流流動(dòng)特性測(cè)試裝置系統(tǒng)主要包括噴嘴和鋼構(gòu)的密封壓力水罐(或淹沒水箱)，其特點(diǎn)是將噴嘴整體放置于密封壓力水罐內(nèi)，噴嘴結(jié)構(gòu)形式主要有錐形噴嘴、星形噴嘴、風(fēng)琴管自振空化噴嘴、自激振蕩脈沖射流噴嘴、文丘里縮放型空化噴嘴等，研究時(shí)采用的射流介質(zhì)主要為清水或者在清水中加入磨料而形成的固液兩相流，主要用于研究射流衰減特點(diǎn)、沖蝕性能、切割性能等，針對(duì)上述三種不同的研究目的，需要相應(yīng)地在密封壓力水罐內(nèi)放置射流打擊測(cè)試裝置、沖蝕性能測(cè)試裝置、切割性能測(cè)試裝置等。
[0006]如果采用現(xiàn)有的噴嘴射流流動(dòng)特性測(cè)試裝置系統(tǒng)，那么，對(duì)自吸氣噴嘴內(nèi)部的氣液兩相流動(dòng)特性以及噴嘴氣液兩相射流沖擊特性觀察和測(cè)試將十分困難。
[0007]并且，由于現(xiàn)有的噴嘴測(cè)試裝置系統(tǒng)將自吸氣噴嘴整體置于鋼構(gòu)的壓力水罐內(nèi)部，會(huì)造成壓力水罐的體積變大，增加了制造成本和操作難度。此外，自吸氣噴嘴整體置于鋼構(gòu)的壓力水罐內(nèi)部，對(duì)連接自吸氣噴嘴和渦輪流量計(jì)的吸氣管和測(cè)試管路同樣置于壓力水罐內(nèi)部，在壓力水罐的模擬圍壓達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)對(duì)吸氣管產(chǎn)生擠壓壓力，從而影響噴嘴的吸氣量和自吸氣性能，進(jìn)一步影響噴嘴的內(nèi)部流動(dòng)特性和打擊力效果的真實(shí)性以及測(cè)試裝置系統(tǒng)測(cè)試效果的精確性。
[0008]因此，如何設(shè)計(jì)一種新式自吸氣噴嘴射流流動(dòng)特性一體化測(cè)試裝置系統(tǒng)，不僅具有體積小、重量輕，便于操作等特點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)噴嘴內(nèi)部和外部流動(dòng)特性的觀察和測(cè)試，消除上述不利影響，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員必須解決的一個(gè)問題。
[0009]在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn) 1:CN102069049A。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種水下自吸氣噴嘴射流流動(dòng)特性一體化測(cè)試裝置系統(tǒng)，該一體化測(cè)試裝置系統(tǒng)由自吸氣噴嘴裝置和淹沒裝置組成，其加工材料采用有機(jī)玻璃，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自吸氣噴嘴內(nèi)部氣液兩相流動(dòng)及噴嘴氣液兩相射流沖擊特性的觀察和測(cè)試，了解其沖擊性能；且將自吸氣噴嘴裝置置于淹沒裝置的外側(cè)上部，消除了淹沒裝置的圍壓對(duì)于吸氣性能的影響，提高測(cè)試的準(zhǔn)確度，同時(shí)減輕了測(cè)試裝置整體的體積和重量。
[0011]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明提供了一種水下自吸氣噴嘴射流流動(dòng)特性一體化測(cè)試裝置系統(tǒng)，包括自吸氣噴嘴裝置和淹沒裝置兩個(gè)部分，兩部分通過法蘭盤連接，四周加以長螺桿連接法蘭盤固定。
[0012]本發(fā)明的自吸氣噴嘴裝置由自吸氣噴嘴和氣體渦輪流量計(jì)構(gòu)成，其中自吸氣噴嘴由上噴嘴，腔體，吸氣管、下噴嘴組成，采用有機(jī)玻璃材料，位于一體化裝置系統(tǒng)的上部，與噴嘴設(shè)置在承壓水箱內(nèi)部相比，吸氣管的布置和材料選擇較容易。吸氣管布置在淹沒裝置內(nèi)部時(shí)，需要在承壓水箱上設(shè)置吸氣管出口，由于吸氣后直接與大氣相連，吸氣后管內(nèi)壓力為大氣壓，而承壓水箱內(nèi)圍壓高，會(huì)導(dǎo)致吸氣管壓縮變形，致使吸氣量大幅下降。
[0013]自吸氣噴嘴的上噴嘴采用收縮結(jié)構(gòu)，直徑從上噴嘴入口逐漸縮小至下噴嘴出口，可以保證上噴嘴內(nèi)部的流速分布較為均勻，而且能量損失小，上噴嘴出口直徑對(duì)流速有較大影響，影響噴嘴內(nèi)射流核的流動(dòng)特性以及射流核兩側(cè)的漩渦尺寸。
[0014]自吸氣噴嘴的腔體結(jié)構(gòu)尺寸由腔長、腔徑以及碰撞壁的形狀來控制，碰撞壁以傾斜結(jié)構(gòu)為佳，傾斜碰撞壁可以保證射流核兩側(cè)形成的對(duì)稱漩渦，此漩渦不僅尺寸大，而且漩渦中心附近壓力為負(fù)壓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大氣壓，保證噴嘴吸氣。腔長和腔徑的大小及配比關(guān)系對(duì)噴嘴吸氣量和沖擊性能有較大影響，必須依據(jù)試驗(yàn)來確定。
[0015]自吸氣噴嘴的下噴嘴為圓管等直徑結(jié)構(gòu)或直徑逐漸收縮結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用采用不同的結(jié)構(gòu)，如果對(duì)下噴嘴出口沖擊力要求較高，可以采取逐漸收縮結(jié)構(gòu)，反之則采用等直徑結(jié)構(gòu)。下噴嘴出口直徑大于上噴嘴出口直徑，其大小對(duì)噴嘴的吸氣效果和沖擊性能有較大的影響，必須依據(jù)試驗(yàn)來確定。
[0016]自吸氣噴嘴的吸氣管材料采用普通塑料管加工，吸氣孔位置布置在對(duì)稱漩渦附近壁面，靠近腔體下碰撞壁，此位置可以使空氣很快通過吸氣管進(jìn)入腔體，吸氣效果最好，吸氣后在噴嘴內(nèi)部形成氣液兩相流，使流動(dòng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，噴嘴聚能效果好，提高了其沖擊性能。吸氣管直徑對(duì)射流核兩側(cè)氣體渦環(huán)大小的形成有較大影響，進(jìn)而影響到吸氣量和沖擊性能，必須依據(jù)試驗(yàn)來確定。由于自吸氣噴嘴采用有機(jī)玻璃設(shè)計(jì)而成，所以很容易觀察噴嘴內(nèi)部氣液兩相流動(dòng)結(jié)構(gòu)，采取先進(jìn)的流動(dòng)測(cè)試技術(shù)可以對(duì)其流動(dòng)特性進(jìn)行準(zhǔn)確地獲取。
[0017]氣體渦輪流量計(jì)測(cè)量噴嘴的吸氣量大小，與噴嘴的吸氣管相連接，連接處設(shè)置一個(gè)過渡裝置，將多個(gè)吸氣管與流量計(jì)的入口相連接，可以方便地對(duì)噴嘴總吸氣量進(jìn)行測(cè)量。為了防止水倒流進(jìn)入氣體渦輪流量計(jì)，在流量計(jì)進(jìn)口處安裝閘閥。
[0018]本發(fā)明的淹沒裝置由承壓水箱、安全閥、壓力表、靶盤及支架、測(cè)壓蓋板、泄水閥和排氣閥等組成，位于一體化裝置系統(tǒng)的下部。
[0019]淹沒裝置的承壓水箱其主要作用是承受圍壓，用以模擬水下環(huán)境。為了便于加工，采用圓柱形設(shè)計(jì)，水流經(jīng)噴嘴吸氣并在其內(nèi)部充分混合后形成氣液兩相流，然后噴射進(jìn)入承壓水箱。與所述自吸氣噴嘴類似，承壓水箱也采用有機(jī)玻璃材料，容易觀察噴嘴射流在不同圍壓下和工作壓力下的氣液兩相射流流動(dòng)結(jié)構(gòu)，采取先進(jìn)的流動(dòng)測(cè)試技術(shù)可以對(duì)其流動(dòng)特性進(jìn)行準(zhǔn)確地獲取。
[0020]淹沒裝置的安全閥和壓力表主要布置在承壓水箱的上側(cè)，所述安全閥主要用于保證承壓水箱的安全運(yùn)行，安全閥的壓力工作范圍在0.1Mpa-ο.SMpa之間。當(dāng)壓力超過其承受能力時(shí)，自動(dòng)打開并泄壓，所述壓力表用于對(duì)承壓水箱的圍壓進(jìn)行測(cè)試。
[0021]淹沒裝置的靶盤主要承受噴嘴射流的沖擊壓力，在靶盤上設(shè)置不同的測(cè)壓點(diǎn)，靶盤下面設(shè)置不同數(shù)量的直徑與靶盤相等的圓環(huán)形墊圈，用以調(diào)整下噴嘴出口與靶盤的距離。當(dāng)墊片數(shù)量不同時(shí)，噴嘴離靶盤的距離是不同的，其測(cè)壓點(diǎn)沖擊壓力分布特性也是不同的，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以分析出最優(yōu)噴距以及沖擊擴(kuò)散范圍，比較噴嘴在吸氣和不吸氣的沖擊性能的優(yōu)劣。
[0022]淹沒裝置的測(cè)壓蓋板布置在承壓水箱的下側(cè)，用來接收靶盤上的自吸氣噴嘴射流的沖擊壓力，測(cè)壓蓋板的壓力傳輸點(diǎn)與靶盤上的測(cè)壓點(diǎn)布置和數(shù)量一致，通過法蘭與所述承壓水箱連接，在測(cè)壓蓋板和靶盤測(cè)壓點(diǎn)之間設(shè)置測(cè)壓管，借以傳遞靶盤壓力信號(hào)。
[0023]淹沒裝置的排氣閥安裝在所述承壓水箱的上側(cè)，用以排除承壓水箱內(nèi)氣體。因?yàn)樽晕鼩鈬娮煳鼩夂髸?huì)使承壓水箱內(nèi)部儲(chǔ)存大量的氣體，氣體上浮至水箱頂部，空氣在承壓水箱圍壓較高時(shí)很容易被壓縮，會(huì)影響承壓水箱圍壓的精確性，所以氣體必須定時(shí)排出。
[0024]淹沒裝置的泄水閥位于承壓水箱的底部，通過調(diào)整其開度大小，控制流量調(diào)節(jié)所述承壓水箱的圍壓，可調(diào)節(jié)圍壓范圍在0.1Mpa-Ο.SMpa之間，還可以在一體化測(cè)試裝置