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一种滴灌灌水器迷宫流道内流动的全场测试方法，其特征在于，将灌水器迷宫流道内流体流动视为典型的稳态粘性不可压缩流动，忽略水滴滴落过程引起的水击对灌水器出流的影响；首先设计新型灌水器透明模型，以示踪荧光粒子为基础，借助DPIV系统，借助示踪粒子的跟随运动表征水流运动行为；利用激光束照明流场，使用CCD相机连续拍摄流场照片，对连续两帧粒子图像进行相关计算，从而得到流场一个切面内各点的速度流场特性参数；具体包括：1)模型设计，Gilaad等指出灌水器流道不但尺寸非常小，流道边界的粘性底层占整个水流的比例很大，而且流道断面尺寸和形状都在不断变化，局部水头损失是流道的消能的主要形式；Ozekici和Sneed指出齿形迷宫流道平均有98％的水头损失发生在流道的齿形结构处，为此可以对灌水器塑料原型的消能单元进行简化，忽略流道进口栅格的作用，只保留消能主体迷宫式流道部分，为此将迷宫流道单元段入口工作压力调整为该单元段的水头损失即可以模拟整个灌水器迷宫流道内水的流动，在确定灌水器各部分参数的基础上，利用计算机辅助设计软件Pro/ENGINEER Wildfire 4.0实现灌水器流道模型的三维重构；所设计的圆柱形灌水器流道模型结构是在迷宫流道3的一端为进水口4，另一端为出水口1，整个模型固定在底座2上；2)测试系统组成本系统主要由软件和硬件两部分组成，硬件部分为有双脉冲激光器8放置在灌水器流道模型7的附近作为照明光源，CCD相机6正对灌水器流道模型7，供水系统9的水管连接在灌水器流道模型7的进水口4，CCD相机6的信号传输线和计算机5连接；图像采集由CCD相机6担任，所述软件主要包括由魏润杰提供 的MicroVec Version 2.0，对图像采集、粒子识别、结果显示和结果计算的处理；及使用Tecplot10.0软件进行涡量场、速度等值线、流线以及速度矢量场的图像结果的显示；其中MicroVec Version 2.0和Tecplot10.0软件是北京立方天地科技公司销售的产品3)流场测试对透明灌水器迷宫流道内水的流场进行准三维测试，准三维测试结果通过获取灌水器迷宫流道不同位置的图像而实现，即在相互垂直的两个方向上实现灌水器迷宫流道的可视化，流动测试的参数主要是灌水器迷宫流道内流体的速度矢量分布，试验过程涉及单相流和两相流两种流动特征的测试，单相流测试时选择平均粒径为4.0μm，密度为1.05Kg/m3的荧光粒子示踪水流的流动状态。为了探索悬浮固体颗粒在流道中的运动规律，本试验选择了平均粒径为50μm和100μm，密度为1.05Kg/m3的两种荧光粒子示踪固相颗粒物。单相流试验测试具体步骤如下：(a)试验设备的优化组合。采用步骤2)的测试系统，使模型在设计压力下持续不间断的工作，然后将其固定在可以移动平台上，保证其工作期间的稳定性；调整CCD相机移动平台的位置，使CCD相机镜头与灌水器流道模型被拍摄位置垂直；改变双脉冲激光器出光口的方向，保证激光光束将灌水器流道模型流道全部照亮，开启全部设备，将激光能量，CCD相机焦距和拍摄效果统一协调到最佳状态；(b)布撒荧光粒子使用量筒每次取10ml荧光粒子倒入供水平台上的灌水器流道模型的进水口处的水箱中，待混合均匀后再通过浓度检测设备确认其浓度是否满足要求，若检测结果不能达到最佳效果，则继续添加荧光粒子，以实现灌水器迷宫流道内速度 的可视化为止；(c)数据采集，将供水平台的压力调节到预定值，可调节范围是0KPa-150KPa，待其工作稳定后，利用三维移动平台将CCD相机位置调整到模型的一端并记录CCD相机在移动平台上的位置，然后微调CCD相机与灌水器流道模型间的相对位置，对准焦距，保证图像的清晰度，设置图像之间的时间间隔，开始灌水器流道模型流道内第一部分流动数据的采集，然后根据移动平台上所记录的刻度值，继续使用位置调节螺旋将CCD相机水平移动到下一个拍摄位置，重复上述操作，进行模型流道内第二部分流动数据的采集。利用同样的方式完成模型剩余部分流道内的数据采集。完成正面的数据采集后，调整透明灌水器流道模型的位置，使灌水器流道模型流道的侧面垂直于CCD相机的镜头，然后重复以上过程，继续采集灌水器流道模型流道内侧面的速度图像，从而实现透明灌水器流道模型流道内流速的三维测试。改变压力，重复以上操作，实现透明灌水器流道模型在不同工作压力条件下的流速测试；(d)数据处理利用MicroVec V2.0软件对采集到的流动图像数据进行计算，即该软件中对速度矢量的计算采用快速傅里叶变换技术和空间金字塔结合的方式；分析粒子图像测速获取的流场粒子速度矢量分布结果；(e)结果分析利用Tecplot软件，对数据处理结果进行后期加工，从而实现透明灌水器流道流道的全场测试，分析结果如下：透明灌水器迷宫流道内液体流速在10KPa、50KPa、100KPa时的三种压力条件下流道单元段内流速分布特征，以不同的箭头代表了不同的流速，由流速分布图可以看出，在三种压力条件下迷宫流道内部 流体流动都呈复杂的紊流状，在三种压力条件下流速分布特征相似。灌水器迷宫流道内液体流速在10KPa、50KPa、100KPa时的三种压力条件下垂直流道深度方向的速度分布情况，该方向的流动显示结果从另一个角度说明了流道内的水流运动特征，从而突破了流道内速度分布的二维测试局限；两相流的测试，将单相流的水样更换成清水，然后对整个供水平台进行多次清洗，避免不同粒径的荧光粒子间的相互干扰，对透明灌水器流道模型同样进行多次清洗，确保其内部没有不同粒径荧光粒子的残留；然后重复单相流试验过程中的操作步骤，对两相流的流动特征进行测试。其测试结果如下：(a)灌水器迷宫流道在常规压力条件下，两相流的试验结果显示同种压力条件下同一流道单元段内两种粒子的速度分布情况说明，在水流的作用下流道内的固体粒子与水流质点的速度分布相似；(b)灌水器迷宫流道在常规压力条件下，两相流垂直流道深度方向的速度分布试验结果显示垂直流道深度方向拍摄的固体悬浮颗粒在流道内的分布特征说明，当粒子运动到边壁时，受到阻力的作用后流道方向明显改变。 |
