一種用于研究流體流動狀態(tài)的流道模塊以及研究裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于研宄流體流動狀態(tài)的流道模塊以及研宄裝置，適于可視化研宄復(fù)雜流體的流動狀態(tài)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，可視化手段雖然廣泛用于研宄流體在模具和流道中流動狀態(tài)，但大多關(guān)注流體流動的自由面，流動狀態(tài)，如渦流等，也有重點考察高分子材料注射流動性或注塑成型制品缺陷等方面的可視化研宄。另外，對流場測速和應(yīng)力等色條紋測量方面的應(yīng)用也有報道，但這些研宄僅局限于某個特定流道或模具。
[0003]對于復(fù)雜流體的流動狀態(tài)，需要配合多臺研宄裝置進(jìn)行研宄，操作復(fù)雜，成本高?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中對于復(fù)雜流體流動狀態(tài)研宄操作復(fù)雜和成本高的技術(shù)問題，本實用新型提出了一種用于研宄流體流動狀態(tài)的流道模塊，該流道模塊便于快速更換多種特定流道板，實現(xiàn)了在同一裝置上研宄復(fù)雜流體在拉伸和剪切組合流場中的流變行為，降低了制造成本，提高了可視化裝置的利用率，并且在此平臺上可以搭建其它特殊的流道板，以滿足研宄者的特殊需求，拓展了該裝置的使用范圍。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案為:
[0006]一種用于研宄流體流動狀態(tài)的流道模塊，包括第一流道板、第二流道板、觀察板，第一流道板的入口與擠出機(jī)機(jī)頭連接，第二流道板的入口與第一流道板的出口配合，第二流道板的出口延伸出流道模塊，觀察板分別設(shè)置在第二流道板的前、后和上部。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所提及的用于研宄流體流動狀態(tài)的流道模塊將流道設(shè)置在第一流道板和第二流道板中，第二流道板中可設(shè)置多種幾何結(jié)構(gòu)的流道，研宄復(fù)雜流體時，只需要更換相應(yīng)的第二流道板即可，便于快速更換組裝，降低了制造成本。
[0008]為了實現(xiàn)本實用新型，在第一流道板上設(shè)置與多種第二流道板均可配合的流道和出口，第一流道板的入口設(shè)置在其豎直中心位置，入口沿水平方向，并向上下延伸形成“T”型流道。
[0009]第一流道板的出口設(shè)置在“T”型流道最上端，與第二流道板的入口水平相通，第二流道板入口延伸至其水平中心位置，通過豎直向下的過渡流道連接主流道。
[0010]主流道為收縮流道，包括互相貫通的上流道和下流道，上流道與過渡流道連接，下流道延伸至第二流道板的出口，上流道和下流道的橫截面均為長方形結(jié)構(gòu)，上流道截面寬度Wl與下流道截面寬度W2滿足如下關(guān)系:wl ^ 4w2，上流道長度LI與第二流道板的厚度δ滿足如下關(guān)系:L1多8δ，下流道長度L2與下流道截面寬度w2滿足如下關(guān)系:L2 彡 10w2o
[0011]主流道為圓柱繞流流道，包括與過渡流道連接的繞柱流道，繞柱流道的橫截面為長方形，繞柱流道中設(shè)置一圓柱體，圓柱體支撐在觀察板上，繞柱流道橫截面寬度《5、圓柱體直徑d6、圓柱體中心線與主通道出口距離L5滿足如下關(guān)系:w5彡2d6，L5彡10d6。
[0012]主流道為棱柱繞流流道，包括與過渡流道連接的繞柱流道，繞柱流道的橫截面為長方形，繞柱流道中設(shè)置一棱柱體，棱柱體支撐在觀察板上，繞柱流道橫截面寬度《6、棱柱邊長b、棱柱截面底邊與主通道出口距離L6滿足如下關(guān)系:w6彡2b, L6彡15b。棱柱為三棱柱或四棱柱。
[0013]第一流道板的另一出口設(shè)置在“T”型流道最下端，與第二流道板的入口水平相通，第二流道板入口延伸至其水平中心位置，通過豎直向上的過渡流道連接主流道。
[0014]主流道為十字交叉流道，包括豎直流道和水平流道，豎直流道和水平流道的橫截面均為長方形結(jié)構(gòu)，豎直流道的上下兩端均與過渡流道連接，豎直流道的中間位置設(shè)置向兩側(cè)延伸的水平流道，豎直流道的截面寬度《3、水平流道的截面寬度《4、豎直流道的長度L3和水平流道的長度L4滿足如下關(guān)系:w3 = w4，L4 > L3彡8w3。
[0015]本實用新型中特殊流道設(shè)計可獲得流體在復(fù)雜流場中的流動狀態(tài)，尤其是高分子流體在拉伸和剪切組合流場中的流動狀態(tài)，并且可測量流體的速度，應(yīng)力等值條紋，溫度和壓力，便于研宄流體的復(fù)雜流變行為，探宄高分子材料的可加工性。
[0016]本實用新型還提供一種流體流動狀態(tài)研宄裝置，包括溫度傳感器、壓力傳感器、計算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、流體測速光學(xué)系統(tǒng)和流場應(yīng)力測量光學(xué)系統(tǒng)，還包括上述流道模塊，溫度傳感器、壓力傳感器分別與流道模塊中第二流道板的流道接觸，流體測速光學(xué)系統(tǒng)和流場應(yīng)力測量光學(xué)系統(tǒng)分別與流道模塊配合。
[0017]本實用新型的模塊組合可視化研宄復(fù)雜流體的裝置，不僅可以借助于流體測速光學(xué)系統(tǒng)獲得流場的速度和流動狀態(tài)，還可以通過流場應(yīng)力測量系統(tǒng)獲得流場的主應(yīng)力等色條紋圖案。
[0018]流體測速光學(xué)系統(tǒng)的激光器設(shè)置在第二流道板上部觀察板上端，照相機(jī)設(shè)置在第二流道板前觀察板前端或后觀察板后端；流場應(yīng)力測量光學(xué)系統(tǒng)的激光器設(shè)置在第二流道板前觀察板前端，照相機(jī)設(shè)置在后觀察板后端。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型流道模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實用新型的流場測速光學(xué)系統(tǒng)原理圖；
[0021]圖3為本實用新型的流場應(yīng)力測量光學(xué)系統(tǒng)原理圖；
[0022]圖4-8為本實用新型的不同流道結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中10為用于研宄流體流動狀態(tài)的流道模塊，20為單色激光發(fā)射器，30為高速CXD照相機(jī)，40為計算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，50為-45°起偏鏡，60為+45°檢偏鏡，70為1/4波片，80為溫度傳感器，90為壓力傳感器，11為第一流道板，12為第二流道板，131為前觀察板，132為后觀察板，133為上部觀察板，14為側(cè)板，111為T型流道，121為過渡流道，122為上流道，123為下流道，124為豎直流道，125為水平流道，126為繞柱流道，127為圓柱體或棱柱體。
【具體實施方式】
[0024]實施例1:
[0025]如圖1-3所示，一種流體流動狀態(tài)研宄裝置，包括溫度傳感器80、壓力傳感器90、計算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)40、流體測速光學(xué)系統(tǒng)、流場應(yīng)力測量光學(xué)系統(tǒng)和用于研宄流體流動狀態(tài)的流道模塊10 ;流體測速光學(xué)系統(tǒng)包括單色激光發(fā)射器20，示蹤粒子，高速CCD照相機(jī)30，流場應(yīng)力測量光學(xué)系統(tǒng)包括單色激光發(fā)射器20，-45°起偏鏡50，1/4波片70 (2個)，+45°檢偏鏡60和高速CXD照相機(jī)30 ;用于研宄流體流動狀態(tài)的流道模塊10包括第一流道板U、第二流道板12、觀察板，第一流道板11的入口與擠出機(jī)機(jī)頭連接，第二流道板12的入口與第一流道板11的出口配合，第二流道板12的出口延伸出流道模塊，觀察板分別設(shè)置在第二流道板12的前、后和上部；溫度傳感器80、壓力傳感器90分別與流道模塊中第二流道板12中的流體接觸，第二流道板12另一側(cè)安裝側(cè)板14，壓力傳感器90安裝在側(cè)板14上；流體測速光學(xué)系統(tǒng)的單色激光發(fā)射器20設(shè)置在第二流道板12上部觀察板133上端，高速CCD照相機(jī)30設(shè)置在第二流道板前觀察板131前端或后觀察板132后端；流場應(yīng)力測量光學(xué)系統(tǒng)的單色激光發(fā)射器20設(shè)置在第二流道板前觀察板131前端，高速CCD照相機(jī)設(shè)置在后觀察板132后端。
[0026]在第一流道板11上設(shè)置與第二流道板12均可配合的流道和出口，第一流道板11的入口設(shè)置在其豎直中心位置，入口沿水平方向，并向上下延伸形成“T”型流道111。第一流道板111的出口設(shè)置在“T”型流道111最上端，與第二流道板12的入口水平相通，第二流道板121入口延伸至其水平中心位置，通過豎直向下的過渡流道121連接主流道。
[0027]如圖4所示，主流道為收縮流道，包括互相貫通的上流道122和下流道123，上流道122與過渡流道121連接，下流道123延伸至第二流道板12的出口，上流道122和下流道123截面均為長方形結(jié)構(gòu)，上流道寬度wl與下流道寬度w2滿足如下關(guān)系:wl >4w2，上流道長度LI與第二流道板的厚度δ滿足如下關(guān)系:L1多8 δ，下流道長度L2與下流道截面寬度w2滿足如下關(guān)系:L2彡10w2oo
[0028]通過流體測速光學(xué)系統(tǒng)，借助高速CCD照相機(jī)對流場中的示蹤粒子在不同時刻的運動軌跡進(jìn)行拍照，然后將圖片信息傳輸給計算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，通過軟件中的數(shù)據(jù)處理和算法可以獲得流場中流體的速度；借助流場應(yīng)力測量光學(xué)系統(tǒng)，將激光器發(fā)射的單色激光束透過前可視化視窗模板，到達(dá)特定流動單元中的流體，然后再透過后可視化視窗模板，就可以觀測到流體流動誘導(dǎo)的雙折射現(xiàn)象，從而得到流場中復(fù)雜流體的應(yīng)力等值條紋圖案，利用高速CCD照相機(jī)拍攝圖案并傳輸給計算機(jī)系統(tǒng)。
[0029]實施例2:
[0030]如圖1-3所示，一種流體流動狀態(tài)研宄裝置，包括溫度傳感器80、壓力傳感器90、計算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)40、流體測速光學(xué)系統(tǒng)、流場應(yīng)力測量光學(xué)系統(tǒng)和用于研宄流體流動狀態(tài)的流道模塊10 ;流體測速光學(xué)系統(tǒng)包括單色激光發(fā)射器20，示蹤粒子，高速CCD照相機(jī)30，流場應(yīng)力測量光學(xué)系統(tǒng)包括單色激光發(fā)射器20，-45°起偏鏡50，1/4波片70 (2個)，+45°檢偏鏡60和高速CXD照相機(jī)30 ;用于研宄流體流動狀態(tài)的流道模塊10包括第一流道板U、第二流道板12、觀察板，第一流道板11的入口與擠出機(jī)機(jī)頭連接，第二流道板12的入口與第一流道板11的出口配合，第二流道板12的出口延伸出流道模塊，觀察板分別設(shè)置在第二流道板12的前、后和上部；溫度傳感器80、壓力傳感器90分別與流道模塊中第二流道板12中的流體接觸，第二流道板12另一側(cè)安裝側(cè)板14，壓力傳感器90安裝在側(cè)板14上；流體測速光學(xué)系統(tǒng)的單色激光發(fā)射器20設(shè)置在第二流道板12上部觀察板133上端，高速CCD照相機(jī)30設(shè)置在第二流道板前觀察板131前端或后觀察板132后端；流場應(yīng)力測量光學(xué)系統(tǒng)的單色激光發(fā)射器20設(shè)置在第二流道板前觀察板131前端，高速CCD照相機(jī)設(shè)置在后觀察板132后端。
[0031]在第一流道板11上設(shè)置與第二流道板12均可配合的流道和出口，第一流道板11的入口設(shè)置在其豎直中心位置，入口沿水平方向，并向上下延伸形成“T”型流道111。第一流道板111的出口設(shè)置在“T”型流道111最上端，與第二流道板12的入口水平相通，第二流道板121入口延伸至其水平中心位置，通過豎直向下的過渡流道121連接主流道。第一流道板11的另一出口設(shè)置在“T”型流道111最下端，與第二流道板12的入口水平相通，第二流道板12入口延伸至其水平中心位置，通過豎直向上的過渡流道121連接主流道。
[0032]如圖5所示，主流道為十字交叉流道，