本實(shí)用新型涉及兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

氣液兩相流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及該形態(tài)與其他運(yùn)動(dòng)形態(tài)之間的相互作用是兩相流體力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容之一。針對(duì)氣液兩相流的研究是隨著工業(yè)技術(shù)的需要而發(fā)展起來(lái)的，特別是在21世紀(jì)，由于化工、冶金、航空航天、熱能工程、水力工程，甚至核能工程、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的興起和發(fā)展，氣液兩相流的研究日益得到重視，從而促使其形成為一門(mén)完整的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。但是由于氣液兩相流問(wèn)題固有的復(fù)雜性、多樣性以及測(cè)試方法的局限性，所以至今對(duì)于氣液兩相流的流型形成、流動(dòng)機(jī)理、阻力特性、動(dòng)量和能量傳遞等還不十分清楚，并且對(duì)許多相關(guān)現(xiàn)象的分析存在較多的分歧。因此，對(duì)氣液兩相流流型的研究非常關(guān)鍵，是兩相流研究的首要任務(wù)。另外，氣液兩相流流型研究在工程中也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

兩相流的理論分析比單相流困難得多，描述兩相流的通用微分方程組至今尚未建立。大量理論工作采用的是兩類(lèi)簡(jiǎn)化模型-均相模型與分相模型；均相模型是將兩相介質(zhì)看成一種混合得非常均勻的混合物，并且假定處理單相流動(dòng)的概念和方法仍然適用于兩相流，同時(shí)仍需要對(duì)它的物理性質(zhì)及傳遞性質(zhì)也做出合理的假定；而分相模型認(rèn)為單相流的概念和方法能夠用于兩相系統(tǒng)的各個(gè)相，且還需同時(shí)考慮兩相之間的相互作用。雖然以上兩種模型的應(yīng)用都還存在不少困難，但隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用也有所進(jìn)展。

與兩相流的理論分析相比，兩相流的實(shí)驗(yàn)研究則是掌握兩相流規(guī)律的基本方法。目前廣泛應(yīng)用光學(xué)法(包括光吸收、散射、干涉、折射等)、其他輻射吸收和散射法、示蹤法以及電容和電導(dǎo)法等測(cè)定兩相流中的重要參數(shù)，如壓力、空隙率、平均膜厚、液滴直徑、運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)。而在某種意義上說(shuō)，對(duì)兩相流規(guī)律更深入的了解，更有賴于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述內(nèi)容，有必要提供一種針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置，該針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置能夠直接觀測(cè)氣液兩相流的動(dòng)態(tài)流型，并對(duì)該流型進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝記錄，從而便于對(duì)氣液兩相流的動(dòng)態(tài)分析和靜態(tài)分析。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置，包括恒壓氣瓶、減壓閥、儲(chǔ)液池、液泵、第一壓力表、第一控制閥、第二控制閥、針孔噴射式兩相流模擬裝置和攝影裝置，所述恒壓氣瓶依次連接減壓閥、第一壓力表和第一控制閥，所述儲(chǔ)液池依次連接液泵和第二控制閥，所述第二控制閥再和第一控制閥共同連接針孔噴射式兩相流模擬裝置，所述針孔噴射式兩相流模擬裝置的一側(cè)放置所述攝影裝置，且所述攝影裝置的鏡頭朝向針孔噴射式兩相流模擬裝置；

所述針孔噴射式兩相流模擬裝置包括兩玻璃片和至少兩塞尺，兩玻璃片平行且相對(duì)設(shè)置，所有塞尺間隔設(shè)置在兩玻璃片之間，且每一塞尺的相對(duì)兩側(cè)均與兩玻璃片緊貼；相鄰兩塞尺和兩玻璃片形成一微通道，所有微通道互不連通，每一微通道具有與外界相通的入口端和出口端，所述入口端連接第一控制閥和第二控制閥。

進(jìn)一步地，兩兩塞尺平行設(shè)置；每一塞尺沿所述微通道流通方向上的尺寸相同。

進(jìn)一步地，所述針孔噴射式兩相流模擬裝置包括壓緊組件；所述壓緊組件包括兩壓緊條和緊鎖件，兩壓緊條分設(shè)在兩玻璃片上，且每一壓緊條所在側(cè)均與塞尺所在側(cè)相對(duì)；兩壓緊條還與同一塞尺相對(duì)設(shè)置；每一壓緊條的兩端均延伸出玻璃片外側(cè)，并在兩端位于玻璃片外側(cè)的部分上安裝將兩壓緊條互連的所述緊鎖件。

進(jìn)一步地，所述壓緊組件設(shè)置的數(shù)量等于塞尺設(shè)置的數(shù)量。

進(jìn)一步地，每一微通道的入口端處設(shè)置中空的V型針頭裝置，所述針頭裝置具有兩進(jìn)口端和噴射端，兩進(jìn)口端分別連通所述第一控制閥和第二控制閥，所述噴射端伸入微通道內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述液泵為蠕動(dòng)泵。

進(jìn)一步地，所述第一控制閥和第二控制閥均為電磁閥。

進(jìn)一步地，所述攝影裝置的鏡頭朝向微通道所在處；所述攝影裝置為高速攝像機(jī)，并與電腦設(shè)備連接。

進(jìn)一步地，所述針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置還包括觸發(fā)開(kāi)關(guān)，所述觸發(fā)開(kāi)關(guān)同時(shí)連接第一控制閥、第二控制閥和攝影裝置。

進(jìn)一步地，所述針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置還包括光照裝置，所述光照裝置放置在針孔噴射式兩相流模擬裝置一側(cè)。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

1.本實(shí)用新型通過(guò)針孔噴射式兩相流模擬裝置來(lái)提供氣液兩相流動(dòng)的通道-微通道，并在該針孔噴射式兩相流模擬裝置中采用透明材質(zhì)的玻璃片來(lái)構(gòu)成其組成部件，從而便于試驗(yàn)者透過(guò)玻璃片觀測(cè)氣液兩相的流動(dòng)狀態(tài)，該觀測(cè)較為直觀，且觀測(cè)的準(zhǔn)確性和可行性較好；另外，本實(shí)用新型還通過(guò)恒壓氣瓶、減壓閥等的設(shè)置來(lái)提供和輸送氣體，并與由儲(chǔ)液池、液泵等構(gòu)成的液體管道配合，共同為針孔噴射式兩相流模擬裝置提供氣體和液體，從而使得整個(gè)觀測(cè)裝置能夠完整的模擬氣液兩相流；本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，方案切實(shí)可行。

2.本實(shí)用新型在針孔噴射式兩相流模擬裝置一側(cè)設(shè)置的攝影裝置可實(shí)時(shí)拍攝并記錄試驗(yàn)過(guò)程氣液兩相的流動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而有利于試驗(yàn)者后期對(duì)氣液兩相流進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和靜態(tài)分析。

【附圖說(shuō)明】

圖1是本實(shí)用新型一種針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2是圖1中針孔噴射式兩相流模擬裝置的結(jié)構(gòu)爆炸圖。

圖3是圖1中針孔噴射式兩相流模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

主要元件符號(hào)說(shuō)明

圖中，恒壓氣瓶 1、減壓閥 2、第一壓力表 3、第一控制閥 4、儲(chǔ)液池 5、液泵 6、第二壓力表 7、第二控制閥 8、針孔噴射式兩相流模擬裝置 9、玻璃片 91、塞尺 92、壓緊組件 93、壓緊條 931、微通道 94、針頭裝置 95、觸發(fā)開(kāi)關(guān) 10、攝影裝置 20、電腦設(shè)備 30、光照裝置 40。

如下具體實(shí)施方式將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。

【具體實(shí)施方式】

請(qǐng)參閱圖1至圖3，在本實(shí)用新型的一種較佳實(shí)施方式中，一種針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置，包括一恒壓氣瓶1、一減壓閥2、一儲(chǔ)液池5、一液泵6、一第一壓力表3、一第一控制閥4、一第二控制閥8、一針孔噴射式兩相流模擬裝置9和一攝影裝置20，恒壓氣瓶1依次連接減壓閥2、第一壓力表3和第一控制閥4，儲(chǔ)液池5依次連接液泵6和第二控制閥8，第二控制閥8再和第一控制閥4共同連接針孔噴射式兩相流模擬裝置9，針孔噴射式兩相流模擬裝置9的一側(cè)放置攝影裝置20，且攝影裝置20的鏡頭朝向針孔噴射式兩相流模擬裝置9；針孔噴射式兩相流模擬裝置9包括兩玻璃片91和至少兩塞尺92，兩玻璃片91平行且相對(duì)設(shè)置，所有塞尺92間隔設(shè)置在兩玻璃片91之間，且每一塞尺92的相對(duì)兩側(cè)均與兩玻璃片91緊貼；相鄰兩塞尺92和兩玻璃片91形成一微通道94，所有微通道94互不連通，每一微通道94具有與外界相通的入口端和出口端，其中，入口端連接第一控制閥4和第二控制閥8。

本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)計(jì)針孔噴射式兩相流模擬裝置9來(lái)形成氣液兩相流的流動(dòng)通道-微通道94，并通過(guò)設(shè)置攝影裝置20來(lái)拍攝并記錄該微通道94中氣液流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)情況，從而便于試驗(yàn)者后期對(duì)氣液兩相流的動(dòng)態(tài)分析和靜態(tài)分析；在該針孔噴射式兩相流模擬裝置9中，其所設(shè)置的玻璃片91為透明材質(zhì)，可利于試驗(yàn)者使用攝影裝置20來(lái)實(shí)時(shí)拍攝、記錄氣液兩相流的流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)也能夠便于試驗(yàn)者更為直觀的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程氣液流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)；而在試驗(yàn)過(guò)程所使用到的氣體則由恒壓氣瓶1提供，并通過(guò)與恒壓氣瓶1連接的減壓閥2、第一壓力表3和第一控制閥4所形成的氣體管道流入微通道94中，液體則是由儲(chǔ)液池5提供，該儲(chǔ)液池5與液泵6及第二控制閥8形成液體管道，液體通過(guò)該液體管道后與氣體管道內(nèi)流出的氣體一同噴射入微通道94中，形成氣液兩相流的形態(tài)。

在本實(shí)施方式中，所用的恒壓氣瓶1為CO₂恒壓氣瓶1，能夠?yàn)獒樋讎娚涫絻上嗔髂M裝置9提供恒定氣壓的CO₂氣體；減壓閥2用于調(diào)節(jié)從恒壓氣瓶1流出的氣體的壓力，以適應(yīng)試驗(yàn)者對(duì)氣體壓力的要求；第一壓力表3用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)減壓閥2后氣體管道內(nèi)氣體的壓力，以便于試驗(yàn)者查看氣體的壓力，而為了便于試驗(yàn)者能夠掌握液體管道內(nèi)液體流通時(shí)的壓力情況，本實(shí)用新型在液體管道上也設(shè)置一壓力表即第二壓力表7，優(yōu)選將該第二壓力表7設(shè)置在液泵6和第二控制閥8之間；第一控制閥4和第二控制閥8分別用于控制氣體管道和液體管道的通斷。

進(jìn)一步地，請(qǐng)參閱圖2和圖3，針孔噴射式兩相流模擬裝置9中，兩兩塞尺92之間平行設(shè)置，每一塞尺92沿微通道94流通方向上的尺寸相同，以形成規(guī)整的微通道94，降低氣液流動(dòng)過(guò)程因通道發(fā)生改變而使氣液流動(dòng)發(fā)生突變的可能性，進(jìn)而利于試驗(yàn)者更為準(zhǔn)確的分析氣液兩相流的流動(dòng)情況；優(yōu)選地，玻璃片91沿微通道94流通方向上的尺寸與塞尺92沿微通道94流通方向上的尺寸相同。另外，在本實(shí)施方式中，塞尺92數(shù)量為兩個(gè)，但是本實(shí)用新型塞尺92的數(shù)量不局限于兩個(gè)，以通過(guò)多塞尺92的設(shè)置來(lái)使針孔噴射式兩相流模擬裝置9具有多個(gè)微通道94，從而便于試驗(yàn)者同時(shí)進(jìn)行多個(gè)氣液兩相流的對(duì)比研究。

在本實(shí)用新型中，為了保證針孔噴射式兩相流模擬裝置9中塞尺92與玻璃片91連接處的密封性，針孔噴射式兩相流模擬裝置9還設(shè)置了壓緊組件93。壓緊組件93包括兩壓緊條931和緊鎖件，兩壓緊條931分設(shè)在兩玻璃片91上，且每一壓緊條931所在側(cè)均與塞尺92所在側(cè)相對(duì)；兩壓緊條931還與同一塞尺92相對(duì)設(shè)置；每一壓緊條931的兩端均延伸出玻璃片91外側(cè)，并在兩端位于玻璃片91外側(cè)的部分上安裝將兩壓緊條931互連的一緊鎖件，以通過(guò)兩壓緊條931覆蓋在塞尺92相對(duì)兩側(cè)上及緊鎖件賦予壓緊條931的壓緊力來(lái)實(shí)現(xiàn)塞尺92與玻璃片91之間的相互緊貼，從而保證塞尺92和玻璃片91之間的密封性，降低氣液流動(dòng)過(guò)程氣液泄漏的可能性。優(yōu)選地，緊組件設(shè)置的數(shù)量等于塞尺92設(shè)置的數(shù)量，以使每一塞尺92對(duì)應(yīng)設(shè)置一壓緊組件93，保證微通道94的密封性。

另外，請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型在每一微通道94的入口端處設(shè)置中空的一V型針頭裝置95，以使氣體和液體能夠充分混合后混入微通道94中，該針頭裝置95具有兩進(jìn)口端和一噴射端，兩進(jìn)口端分別連通第一控制閥4和第二控制閥8，即兩進(jìn)口端分別與氣體管道出口、液體管道出口連通，噴射端伸入微通道94內(nèi)，以將在噴射端混合后的氣液噴射至微通道94內(nèi)。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型的液泵6選用蠕動(dòng)泵，以調(diào)節(jié)試驗(yàn)過(guò)程中液體的流速及使液體平穩(wěn)的輸送至微通道94內(nèi)，提高氣液兩相流流動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性和試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

優(yōu)選地，攝影裝置20的鏡頭朝向微通道94所在處，以便于攝影裝置20更好的拍攝微通道94內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)狀況。進(jìn)一步地，為了提高攝影裝置20的瞬態(tài)高速觀測(cè)能力，本實(shí)用新型的攝影裝置20采用的是高速攝像機(jī)，并將該高速攝像機(jī)連接電腦設(shè)備30，以通過(guò)高速攝像機(jī)更清晰的拍攝微通道94內(nèi)氣液流動(dòng)情況，且利于電腦設(shè)備30在試驗(yàn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控與觀察微通道94內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)情況，及后期對(duì)高速攝像機(jī)所拍攝的圖像進(jìn)行處理和分析。其中，電腦設(shè)備30在對(duì)圖像進(jìn)行處理時(shí)是通過(guò)電腦設(shè)備30上所安裝在matlab軟件進(jìn)行處理，該處理是基于閾值分割法對(duì)RGB圖像進(jìn)行分割及邊界提取來(lái)分析圖像的，其具體運(yùn)行過(guò)程如下：首先，讀入高速攝像機(jī)所拍攝的圖像視頻，并查找該圖像視頻文件的幀數(shù)，及將圖像視頻轉(zhuǎn)化為單張圖像；然后將所獲得的RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，并對(duì)灰度值進(jìn)行均衡化；再行列掃描圖像，對(duì)圖像進(jìn)行閾值分割；將分割后的圖像進(jìn)行二值化，并對(duì)二值化后的圖像提取邊界，且對(duì)邊界內(nèi)進(jìn)行白色填充；對(duì)處理圖像進(jìn)行范圍縮小，去除圖中多余白點(diǎn)，即可。

進(jìn)一步地，請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1，為了使攝影裝置20的拍攝與微通道94內(nèi)氣液兩相流的同步進(jìn)行，本實(shí)用新型的針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置還包括一觸發(fā)開(kāi)關(guān)10，該觸發(fā)開(kāi)關(guān)10同時(shí)連接第一控制閥4、第二控制閥8和攝影裝置20，且優(yōu)選選用電磁閥作為本實(shí)用新型的第一控制閥4和第二控制閥8，以通過(guò)電磁閥的形式實(shí)現(xiàn)第一控制閥4和第二控制閥8的自動(dòng)控制。

在本實(shí)用新型中，所述針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置還包括一光照裝置40，該光照裝置40放置在針孔噴射式兩相流模擬裝置9一側(cè)，以在氣液兩相流試驗(yàn)過(guò)程提高針孔噴射式兩相流模擬裝置9的光照強(qiáng)度，進(jìn)而提高攝影裝置20拍攝的質(zhì)量。

所述針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置的工作原理為：首先，打開(kāi)恒壓氣瓶1，并調(diào)節(jié)減壓閥2的開(kāi)度，同時(shí)觀察第一壓力表3上的壓力讀數(shù)，當(dāng)?shù)谝粔毫Ρ?的壓力讀數(shù)等于氣壓預(yù)設(shè)值時(shí)，停止調(diào)節(jié)減壓閥2的開(kāi)度，并維持此時(shí)減壓閥2的開(kāi)度大??；同時(shí)，打開(kāi)儲(chǔ)液池5，并調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵的開(kāi)度，同時(shí)觀察蠕動(dòng)泵上的流速讀數(shù)，當(dāng)蠕動(dòng)泵上的流速讀數(shù)等于液體流速預(yù)設(shè)值時(shí)，停止調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵的開(kāi)度，并維持此時(shí)蠕動(dòng)泵的開(kāi)度大小；然后，按下觸發(fā)開(kāi)關(guān)10，第一控制閥4、第二控制閥8和攝影裝置20同時(shí)開(kāi)啟，氣體和液體分別通過(guò)針頭裝置95進(jìn)入微通道94中，同時(shí)，攝影裝置20也開(kāi)始對(duì)微通道94進(jìn)行錄像，并將錄像情況實(shí)時(shí)發(fā)于電腦設(shè)備30，直至觀測(cè)試驗(yàn)結(jié)束。

本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)觀測(cè)試驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)化，在所述針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置中還設(shè)置了控制器，該控制器分別連接恒壓氣瓶1、減壓閥2、第一壓力表3、蠕動(dòng)泵和觸發(fā)開(kāi)關(guān)10，其內(nèi)設(shè)一氣體預(yù)設(shè)值和和液體流速的預(yù)設(shè)值，能夠接收第一壓力表3檢測(cè)氣體通道內(nèi)氣體的壓力值和蠕動(dòng)泵所測(cè)得的液體實(shí)時(shí)流速，當(dāng)控制器所接收的氣體壓力值等于氣體預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器控制減壓閥2停止調(diào)節(jié)開(kāi)度，當(dāng)控制器所接收的液體實(shí)時(shí)流速等于液體流速的預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器控制蠕動(dòng)泵停止調(diào)節(jié)開(kāi)度，當(dāng)減壓閥2和蠕動(dòng)泵均停止調(diào)節(jié)開(kāi)度時(shí)，控制器向觸發(fā)開(kāi)關(guān)10發(fā)出關(guān)閉指令。優(yōu)選地，將控制器集成在電腦設(shè)備30中。

此時(shí)，所述針孔噴射式兩相流動(dòng)態(tài)觀測(cè)裝置試驗(yàn)過(guò)程的控制原理如下：

1)控制器控制恒壓氣瓶1開(kāi)啟，同時(shí)調(diào)節(jié)減壓閥2、蠕動(dòng)泵的開(kāi)度；

2)第一壓力表3檢測(cè)氣體通道內(nèi)氣體的壓力值，并將生成的氣體壓力值信號(hào)發(fā)于控制器；同時(shí)，蠕動(dòng)泵檢測(cè)其出口處液體的實(shí)時(shí)流速，并生成相應(yīng)的液體實(shí)時(shí)流速信號(hào)發(fā)于控制器；

3)控制器對(duì)比分析氣體壓力值和內(nèi)設(shè)的氣體預(yù)設(shè)值，當(dāng)結(jié)果顯示氣體壓力值等于氣體預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器停止調(diào)節(jié)減壓閥2的開(kāi)度，并進(jìn)入步驟4)；反之，進(jìn)入步驟4)；

4)控制器對(duì)比分析液體實(shí)時(shí)流速和內(nèi)設(shè)的液體流速的預(yù)設(shè)值，當(dāng)結(jié)果顯示液體實(shí)時(shí)流速不等于液體流速的預(yù)設(shè)值時(shí)，返回步驟2)；反之，控制器停止調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵的開(kāi)度，并進(jìn)入步驟5)；

5)當(dāng)控制器對(duì)比分析結(jié)構(gòu)顯示氣體壓力值等于氣體預(yù)設(shè)值且液體實(shí)時(shí)流速等于液體流速的預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器控制觸發(fā)開(kāi)關(guān)10關(guān)閉；反之，返回步驟2)。

上述說(shuō)明是針對(duì)本實(shí)用新型較佳可行實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，但實(shí)施例并非用以限定本實(shí)用新型的專利申請(qǐng)范圍，凡本實(shí)用新型所提示的技術(shù)精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型所涵蓋專利范圍。