一种可双向流动的多相流立式水洞

摘要

本发明公开了一种可双向流动的多相流立式水洞，包括动力段、回流段、下整流段、下变径段、工作段、上变径段、上整流段和上水箱。工作时，关闭第二水泵，启动第一水泵，水洞内流体沿回流段依次流向下整流段、下变径段、工作段、上变径段和上整流段，然后进入上水箱并闭式循环；或关闭第一水泵，启动第二水泵，水洞内流体沿上水箱依次流向上整流段、上变径段、工作段、下变径段和下整流段，然后进入回流段并闭式循环。本发明采用第一水泵和第二水泵并联布置方式，方便快捷地变换流体的运动方向；在下变径段和上变径段均布置了补水接管和颗粒溶液接管，通过补水防止流动分离对实验结果产生影响，通过气泡和颗粒的添加，实现多相流动。

说明书

技术领域

本发明属于流体力学实验技术领域，具体地说，它涉及一种可双向流动的多相流立式水洞。

背景技术

自然界和工程中99％以上流动都是多相流动。对于多相流动问题，无法得到理论解析结果，实验测试是最可靠的研究方法。水洞是多相流动实验研究的重要测试系统，水洞设计和建设水平直接影响实验研究的开展。

目前，各大专院校、科研院所的水洞，通常采用水平布置的卧式结构，只能研究水平运动的流体特性。传统水洞的收缩段与扩散段结构形式不同，流动方向无法改变，占用空间大，投资成本高，且只能开展单相介质实验，如开展多相流实验，根据不同的流动条件，通常需采用不同的结构形式，投入成本增加，给教学和科研带来困难。

发明内容

为了解决目前没有针对流体垂直运动水洞装置，且只能开展单相介质实验的现状，本发明提供了一种可双向流动的多相流立式水洞，可开展单相垂直流动和多相流动实验研究。一种可双向流动的多相流立式水洞，包括动力段1、回流段2、下整流段3、下变径段4、工作段5、上变径段6、上整流段7和上水箱8。

内部装有若干块孔板的上水箱8水平布置在水洞的上端，所述上水箱8的下端依次连接上整流段7、上变径段6、工作段5、下变径段4和下整流段3，所述上水箱8的上端设有上盖板11，所述上盖板11为长方形板，所述上盖板11的下侧面的一侧连接在上水箱8的上侧，所述上盖板11的下侧面的另一侧连接动力段1，所述动力段1包括在竖直方向平行布置的第一水泵和第二水泵，所述动力段1的下端连接回流段2，所述回流段2包括下水箱21、第一回水管22和第二回水管23，所述下水箱21的上侧面的一端设有下水箱法兰211，通过下水箱法兰211与下整流段3下端连接，所述下水箱21的上侧面的另一端连接第一回水管22、第二回水管23的下端，第一回水管22、第二回水管23的上端分别与第一水泵和第二水泵连接，所述第一回水管22、第二回水管23的中间位置均设有一个电动阀门221和软连接222。所述上变径段6和下变径段4上均设有用于添加颗粒溶液的接管和用于补水的接管。

工作时，关闭第二水泵，启动第一水泵，水洞内流体沿第一回水管22依次流向下整流段3、下变径段4、工作段5、上变径段6和上整流段7，然后进入上水箱8并闭式循环。关闭第一水泵，启动第二水泵，水洞内流体沿上水箱8依次流向上整流段7、上变径段6、工作段5、下变径段4和下整流段3，然后进入第二回水管23并闭式循环。

所述动力段1还包括动力水箱12，所述动力水箱12上安装所述第一水泵和第二水泵，所述第一水泵包括第一电机13、第一电机支架131、第一泵管132和第一叶轮133，所述第一电机13底座上安装第一电机支架131，并通过第一电机支架131与动力支架固定连接，且动力支架不与水洞总支架刚性连接，所述第一泵管132连接在动力水箱12的下侧，所述第一叶轮133安装在第一叶轮轴上，所述第一叶轮轴上端与第一电机13输出轴连接，所述第一叶轮轴下端通过轴套连接在第一泵管132内。

同理，所述第二水泵包括第二电机14、第二电机支架141、第二泵管142和第二叶轮143，所述第二电机14、第二电机支架141、第二泵管142和第二叶轮143的连接方式与第一水泵的连接方式相同。

所述第一电机13和第二电机14均为变频电机。

所述下整流段3包括下整流箱体31、下蜂窝器32和1～3件下阻尼网33，所述下整流箱体31为不锈钢钢板制作，所述下蜂窝器32水平方向安装在下整流箱体31内部，且临近下整流箱体31下端的位置，所述1～3件下阻尼网33安装在下蜂窝器32的上方，且与下蜂窝器32平行。

所述下变径段4包括小正方法兰41、颗粒溶液接管42、曲面箱体43、大正方法兰44和1～3个补水接管45，所述曲面箱体43为不锈钢钢板制作，曲面箱体43的上端连接小正方法兰41，曲面箱体43的下端连接大正方法兰44，所述颗粒溶液接管42和1～3个补水接管45分别连接在小正方法兰41下侧的曲面箱体43的两个侧面上，且连接位置临近与小正方法兰41。所述上变径段6的结构与下变径段4相同，所述上变径段6安装方向在竖直方向上与下变径段4的安装方向相反。

所述工作段5为透明有机玻璃制作，包括上法兰51、可卸立板52和下法兰53，所述工作段5为四块长方形透明有机玻璃板围成的横截面为正方形的腔体，其中一块长方形透明有机玻璃板为可卸立板52，所述工作段5的上端连接上法兰51，所述工作段5的下端连接下法兰53。

所述上整流段7包括上整流箱体71、上蜂窝器73和1～3件上阻尼网72，所述上整流箱体71为不锈钢钢板制作，所述上蜂窝器73水平方向安装在上整流箱体71内部，且临近上整流箱体71上端的位置，所述1～3件上阻尼网72安装在上蜂窝器73的下方，且与上蜂窝器73平行。

所述上水箱8包括上水箱箱体81、水平孔板82、两块竖立孔板84和若干块导流板83，所述上水箱箱体81为不锈钢钢板制作，所述上水箱箱体81的下侧面的一侧设有正方形孔，所述正方形孔上连接水平孔板82，所述导流板83为具有圆弧型截面的板，若干块导流板83阶梯状平行布置在水平孔板82的上方，所述两块竖立孔板84平行布置在上水箱箱体81内，且与导流板83平行。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

(1)填补了国内大学和科研机构没有立式布置水洞的空白，本发明能实现流体垂直双向流动的实验研究。

(2)水洞动力段采用第一水泵和第二水泵并联布置方式，实验时方便快捷地变换流体的运动方向。

(3)水洞工作段的上端和下端采用相同结构，对称布置，且在下整流段和上整流段分别设有蜂窝器和多道阻尼网，既提高了流场品质，又在流动方向改变时，无需调整位置。

(4)在下变径段和上变径段均布置了补水接管和颗粒溶液接管，通过补水接管局部补水防止流动分离对实验结果产生影响。通过颗粒溶液接管注入固体颗粒溶液，便于气泡和颗粒的添加，实现多相流动并保证实验精度。

附图说明

图1本发明结构示意图。

图2本发明动力段示意图。

图3本发明回流段示意图。

图4本发明下整流段示意图。

图5本发明下变径段示意图。

图6本发明工作段示意图。

图7本发明上变径段示意图。

图8本发明上整流段示意图。

图9本发明上水箱示意图。

上图中序号：动力段1、上盖板11、动力水箱12、第一电机13、第一电机支架131、第一泵管132、第一叶轮133、第二电机14、第二电机支架141、第二泵管142、第二叶轮143、回流段2、下水箱21、下水箱法兰211、第一回水管22、电动阀门221、软连接222、第二回水管23、下整流段3、下整流箱体31、下蜂窝器32、下阻尼网33、下变径段4、小正方法兰41、颗粒溶液接管42、曲面箱体43、大正方法兰44、补水接管45、工作段5、上法兰51、可卸立板52、下法兰53、上变径段6、上整流段7、上整流箱体71、上阻尼网72、上蜂窝器73、上水箱8、上水箱箱体81、水平孔板82、导流板83、竖立孔板84。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例一

参见图1、图2和图3，一种可双向流动的多相流立式水洞，包括动力段1、回流段2、下整流段3、下变径段4、工作段5、上变径段6、上整流段7和上水箱8。

所述上水箱8水平布置在水洞的上端，所述上水箱8的下端依次连接上整流段7、上变径段6、工作段5、下变径段4和下整流段3。所述上水箱8的上端设有上盖板11，所述上盖板11为长方形板，所述上盖板11的下侧面的一侧连接在上水箱8的上侧，所述上盖板11的下侧面的另一侧连接动力段1，所述动力段1包括在竖直方向平行布置的第一水泵和第二水泵，所述动力段1的下端连接回流段2，所述回流段2包括下水箱21、第一回水管22和第二回水管23，所述下水箱21的上侧面的一端设有下水箱法兰211，通过下水箱法兰211与下整流段3下端连接，所述下水箱21的上侧面的另一端连接第一回水管22、第二回水管23的下端，第一回水管22、第二回水管23的上端分别与第一水泵和第二水泵连接，所述第一回水管22、第二回水管23的中间位置均设有一个电动阀门221和软连接222。

所述动力段1还包括动力水箱12，所述动力水箱12上安装所述第一水泵和第二水泵，所述第一水泵包括第一电机13、第一电机支架131、第一泵管132和第一叶轮133，所述第一电机13底座上安装第一电机支架131，并通过第一电机支架131与动力支架固定连接，且动力支架不与水洞总支架刚性连接，防止第一电机13的震动传递到水洞的主体结构上。所述第一泵管132连接在动力水箱12的下侧，所述第一叶轮133安装在第一叶轮轴上，所述第一叶轮轴上端与第一电机13输出轴连接，所述第一叶轮轴下端通过轴套连接在第一泵管132内。

同理，所述第二水泵包括第二电机14、第二电机支架141、第二泵管142和第二叶轮143，所述第二电机14、第二电机支架141、第二泵管142和第二叶轮143的连接方式与第一水泵的连接方式相同。

参见图4和图8，所述下整流段3包括下整流箱体31、下蜂窝器32和两件下阻尼网33，所述下整流箱体31为不锈钢钢板制作，所述下蜂窝器32水平方向安装在下整流箱体31内部，且临近下整流箱体31下端的位置，所述两件下阻尼网33安装在下蜂窝器32的上方，且与下蜂窝器32平行。

所述上整流段7包括上整流箱体71、上蜂窝器73和两件上阻尼网72，所述上整流箱体71为不锈钢钢板制作，所述上蜂窝器73水平方向安装在上整流箱体71内部，且临近上整流箱体71上端的位置，所述两件上阻尼网72安装在上蜂窝器73的下方，且与上蜂窝器73平行。

所述下蜂窝器32、上蜂窝器73、下阻尼网33和上阻尼网72对水洞内的流体起到整流的作用，提高流场品质。

参见图5和图7，所述下变径段4包括小正方法兰41、颗粒溶液接管42、曲面箱体43、大正方法兰44和三个补水接管45，所述曲面箱体43为不锈钢钢板制作，曲面箱体43的上端连接小正方法兰41，曲面箱体43的下端连接大正方法兰44，所述颗粒溶液接管42和三个补水接管45分别连接在小正方法兰41下侧的曲面箱体43的两个侧面上，且连接位置临近与小正方法兰41。所述上变径段6的结构与下变径段4相同，所述上变径段6安装方向在竖直方向上与下变径段4的安装方向相反。

参见图6，所述工作段5为透明有机玻璃制作，包括上法兰51、可卸立板52和下法兰53，所述工作段5为四块长方形透明有机玻璃板围成的横截面为正方形的腔体，其中一块长方形透明有机玻璃板为可卸立板52，所述工作段5的上端连接上法兰51，所述工作段5的下端连接下法兰53。

参见图9，所述上水箱8包括上水箱箱体81、水平孔板82、两块竖立孔板84和四块导流板83，所述上水箱箱体81为不锈钢钢板制作，所述上水箱箱体81的下侧面的一侧设有正方形孔，所述正方形孔上连接水平孔板82，所述导流板83为具有圆弧型截面的板，四块导流板83阶梯状平行布置在水平孔板82的上方，所述两块竖立孔板84平行布置在上水箱箱体81内，且与导流板83平行。

工作时，水洞主体结构用水洞总支架固定连接在实验室地面上，所述颗粒溶液接管42和三个补水接管45上均安装一个阀门。关闭第二水泵，并关闭第二水泵下端的电动阀门，启动第一水泵，并打开第一水泵下端的电动阀门，水洞内流体沿第一回水管22依次流向下整流段3、下变径段4、工作段5、上变径段6和上整流段7，然后进入上水箱8并闭式循环。

同理，关闭第一水泵，并关闭第一水泵下端的电动阀门，启动第二水泵，并打开第二水泵下端的电动阀门，水洞内流体沿上水箱8依次流向上整流段7、上变径段6、工作段5、下变径段4和下整流段3，然后进入第二回水管23并闭式循环。

通过补水接管45局部补水防止流动分离对实验结果产生影响。通过颗粒溶液接管42注入固体颗粒溶液或气泡，实现多相流动并保证实验精度。

以上内容并非对本发明的结构、形状作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。