一种流动显示烟线装置及方法

摘要

一种流动显示烟线装置及方法，装置的电动烟线喷头依次通过高压烟箱、电动截止阀、气泵及常压烟箱与发烟器相连，高压烟箱内置压力传感器，各部件由PLC及计算机进行控制。方法为：装置进行初始化；风洞进入调速状态，启动发烟器向常压烟箱内充入烟雾；充烟时间结束后关闭发烟器；电动截止阀打开，由气泵将常压烟箱中的烟雾输入高压烟箱中；当高压烟箱内压力达到设定值后，电动截止阀关闭，气泵关机，高压烟箱充烟结束；当气流调节稳定后，控制电动烟线喷头开启，高压烟箱中的烟雾将通过烟线喷孔喷出，并形成两种高压烟线，同时启动流动显示测量工作；当流动显示测量工作完成后，控制电动烟线喷头关闭，该次流动显示实验结束。

权利要求

1.一种流动显示烟线装置，其特征在于：包括电动烟线喷头、高压烟箱、电动截止阀、气泵、常压烟箱、发烟器、PLC及计算机；所述电动烟线喷头的烟雾进口通过管道与高压烟箱的烟雾出口相连通，高压烟箱的烟雾进口通过管道与电动截止阀一端相连通，电动截止阀另一端通过管道与气泵排气口相连通，气泵吸气口通过管道与常压烟箱的烟雾出口相连通，常压烟箱的烟雾进口与发烟器的烟雾出口相连通；在所述高压烟箱内安装有压力传感器；

所述电动烟线喷头的信号输入端、压力传感器的信号输出端、电动截止阀的信号输入端、气泵的信号输入端及发烟器的信号输入端均通过PLC与计算机相连；所述电动烟线喷头包括整流罩、隔板、定孔板、动孔板及电动推杆；所述整流罩分为扩张段和平直段，扩张段的截面形状为长条孔型；所述隔板共设置两处，两处隔板平行且对称固装在整流罩的扩张段内侧，隔板平行于整流罩的平直段；所述定孔板固装在两处隔板之间，定孔板垂直于隔板，所述整流罩扩张段的烟雾出口通过定孔板进行封堵；所述动孔板位于定孔板内侧，动孔板与定孔板贴合在一起；所述电动推杆连接在动孔板与整流罩之间，动孔板通过电动推杆与定孔板进行滑动配合；在所述定孔板和动孔板均上开设有两排烟线喷孔，定孔板与动孔板上的两排烟线喷孔采用相同的布设方式，且两排烟线喷孔中的第一排烟线喷孔与第二排烟线喷孔彼此错开布置。

2.一种流动显示烟线方法，采用了权利要求1所述的流动显示烟线装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：对流动显示烟线装置进行初始化，使电动烟线喷头处于关闭状态，电动截止阀处于关闭状态，气泵处于待机状态，发烟器处于待机状态，PLC处于等待计算机控制信号状态；

步骤二：风洞进入调速状态，同时PLC接收计算机的控制信号，并由PLC向发烟器发出启动信号，通过发烟器向常压烟箱内充入烟雾；

步骤三：当充烟时间结束后，通过PLC向发烟器发出关机信号，使发烟器停止发烟；

步骤四：通过PLC向电动截止阀发出开启信号，使电动截止阀打开，同时通过PLC向气泵发出启动信号，通过气泵将常压烟箱中的烟雾输入高压烟箱中；

步骤五：当高压烟箱内的压力传感器检测到箱内压力达到设定值后，通过PLC向电动截止阀发出关闭信号，同时通过PLC向气泵发出关机信号，高压烟箱充烟结束；

步骤六：当风洞实验的气流调节稳定后，PLC接收计算机的喷烟信号，并由PLC向电动推杆发出回缩动作执行信号，通过电动推杆的回缩动作将动孔板向上提起，使定孔板与动孔板上的所有烟线喷孔导通，此时高压烟箱中的烟雾将通过烟线喷孔喷出，并形成两种高压烟线，同时启动流动显示测量工作；

步骤七：当流动显示测量工作完成后，PLC接收计算机的喷烟结束信号，并由PLC向电动推杆发出伸出动作执行信号，通过电动推杆的伸出动作使动孔板向下退回原位，定孔板会将动孔板上的所有烟线喷孔进行封堵；

步骤八：重复步骤二至步骤七，进行下一次流动显示实验。

说明书

一种流动显示烟线装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于流动显示技术领域，特别是涉及一种流动显示烟线装置及方法。

背景技术

[0002] 流动显示技术是流体力学的重要组成部分，是发现新的流动现象、探索流动机理、测量复杂流动和分析其绕流特性的重要手段，在工程上也有重要的实用价值。近代流体力学和空气动力学的发展以及分离流在新一代飞行器研制中的应用，为人们对复杂流动(分离流、漩涡流、湍流、非定常流等)的研究提出了新的课题，包括其机理研究和应用研究，这些复杂流动一般是三维、非定常、非周期性的，其流态随时间和空间而变化，或具有复杂的空间结构，或流动式非定常的，且往往二者兼而有之。目前，人们对这些复杂流动现象的捕捉和流动机理的研究还很不够，其中重要原因之一是缺乏显示和测量复杂流动的手段。

[0003] 烟线法是流动显示实验中常用的方法，其实现方式为：在风洞模型的上游横放一根与来流垂直的金属电阻丝线，或在模型特定位置固定金属电阻丝线，实验前在金属电阻丝线上涂上一层油，实验时通电使金属电阻丝线发热，而油受热发烟并形成白色烟雾，烟雾会随气流向下游流去，进而显示出流动状态。

[0004] 但是，传统的烟线法依然存在明显不足，其仅能形成单条烟线组，导致无法显示复杂流动的空间结构，也无法显示模型较全面的三维流态；再有，金属电阻丝上的油需要人工进行手动涂刷，很容易导致油滴分布不均匀，进而导致烟线粗细程度不均匀；另外，由于烟雾仅是通过涂抹在金属电阻丝上的油受热产生的，其产生的烟雾量少，烟雾持续产生的时间短，要想获得理想的流动显示照片(图像)，必须要掌握好拍摄的时机，同时还要配合实验风速调节和拍照设备(相机或摄像机)，并对拍照设备(相机或摄像机)、光源以及发烟器进行同步控制，这对实验者的操作经验提出了较高要求，想要获得清晰的流动显示照片(图像)十分不易。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种流动显示烟线装置及方法，能够形成两条烟线，满足复杂流动的空间结构和模型较全面的三维流态的显示要求，摒弃了金属电阻丝刷油受热发烟方式，直接通过烟箱输出烟雾，烟雾量大且持续时间长，烟线更加均匀，能够有效降低流动显示的测量难度，能够更加容易的获得清晰的流动显示照片(图像)。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种流动显示烟线装置，包括电动烟线喷头、高压烟箱、电动截止阀、气泵、常压烟箱、发烟器、PLC及计算机；所述电动烟线喷头的烟雾进口通过管道与高压烟箱的烟雾出口相连通，高压烟箱的烟雾进口通过管道与电动截止阀一端相连通，电动截止阀另一端通过管道与气泵排气口相连通，气泵吸气口通过管道与常压烟箱的烟雾出口相连通，常压烟箱的烟雾进口与发烟器的烟雾出口相连通；在所述高压烟箱内安装有压力传感器；所述电动烟线喷头的信号输入端、压力传感器的信号输出端、电动截止阀的信号输入端、气泵的信号输入端及发烟器的信号输入端均通过PLC与计算机相连。

[0007] 所述电动烟线喷头包括整流罩、隔板、定孔板、动孔板及电动推杆；所述整流罩分为扩张段和平直段，扩张段的截面形状为长条孔型；所述隔板共设置两处，两处隔板平行且对称固装在整流罩的扩张段内侧，隔板平行于整流罩的平直段；所述定孔板固装在两处隔板之间，定孔板垂直于隔板，所述整流罩扩张段的烟雾出口通过定孔板进行封堵；所述动孔板位于定孔板内侧，动孔板与定孔板贴合在一起；所述电动推杆连接在动孔板与整流罩之间，动孔板通过电动推杆与定孔板进行滑动配合。

[0008] 在所述定孔板和动孔板均上开设有两排烟线喷孔，定孔板与动孔板上的两排烟线喷孔采用相同的布设方式，且两排烟线喷孔中的第一排烟线喷孔与第二排烟线喷孔彼此错开布置。

[0009] 一种流动显示烟线方法，采用了所述的流动显示烟线装置，包括如下步骤：

[0010] 步骤一：对流动显示烟线装置进行初始化，使电动烟线喷头处于关闭状态，电动截止阀处于关闭状态，气泵处于待机状态，发烟器处于待机状态，PLC处于等待计算机控制信号状态；

[0011] 步骤二：风洞进入调速状态，同时PLC接收计算机的控制信号，并由PLC向发烟器发出启动信号，通过发烟器向常压烟箱内充入烟雾；

[0012] 步骤三：当充烟时间结束后，通过PLC向发烟器发出关机信号，使发烟器停止发烟；

[0013] 步骤四：通过PLC向电动截止阀发出开启信号，使电动截止阀打开，同时通过PLC向气泵发出启动信号，通过气泵将常压烟箱中的烟雾输入高压烟箱中；

[0014] 步骤五：当高压烟箱内的压力传感器检测到箱内压力达到设定值后，通过PLC向电动截止阀发出关闭信号，同时通过PLC向气泵发出关机信号，高压烟箱充烟结束；

[0015] 步骤六：当风洞实验的气流调节稳定后，PLC接收计算机的喷烟信号，并由PLC向电动推杆发出回缩动作执行信号，通过电动推杆的回缩动作将动孔板向上提起，使定孔板与动孔板上的所有烟线喷孔导通，此时高压烟箱中的烟雾将通过烟线喷孔喷出，并形成两种高压烟线，同时启动流动显示测量工作；

[0016] 步骤七：当流动显示测量工作完成后，PLC接收计算机的喷烟结束信号，并由PLC向电动推杆发出伸出动作执行信号，通过电动推杆的伸出动作使动孔板向下退回原位，定孔板会将动孔板上的所有烟线喷孔进行封堵；

[0017] 步骤八：重复步骤二至步骤七，进行下一次流动显示实验。

[0018] 本发明的有益效果：

[0019] 本发明的流动显示烟线装置及方法，能够形成两条烟线组，满足复杂流动的空间结构和模型较全面的三维流态的显示要求，摒弃了金属电阻丝刷油受热发烟方式，直接通过烟箱输出烟雾，烟雾量大且持续时间长，烟线更加均匀，能够有效降低流动显示的测量难度，而且相互错开的两条烟线组避免了烟线重叠，能够更加容易的获得清晰的流动显示照片(图像)。

附图说明

[0020] 图1为本发明的一种流动显示烟线装置的结构示意图；

[0021] 图2为图1中I部放大图(电动烟线喷头处于关闭状态)；

[0022] 图3为图1中I部放大图(电动烟线喷头处于打开状态)；

[0023] 图4为图2中A向视图；

[0024] 图中，1—电动烟线喷头，2—高压烟箱，3—电动截止阀，4—气泵，5—常压烟箱，6—发烟器，7—整流罩，8—隔板，9—定孔板，10—动孔板，11—电动推杆，12—烟线喷孔。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0026] 如图1～4所示，一种流动显示烟线装置，包括电动烟线喷头1、高压烟箱2、电动截止阀3、气泵4、常压烟箱5、发烟器6、PLC及计算机；所述电动烟线喷头1的烟雾进口通过管道与高压烟箱2的烟雾出口相连通，高压烟箱2的烟雾进口通过管道与电动截止阀3一端相连通，电动截止阀3另一端通过管道与气泵4排气口相连通，气泵4吸气口通过管道与常压烟箱5的烟雾出口相连通，常压烟箱5的烟雾进口与发烟器6的烟雾出口相连通；在所述高压烟箱
2内安装有压力传感器；所述电动烟线喷头1的信号输入端、压力传感器的信号输出端、电动截止阀3的信号输入端、气泵4的信号输入端及发烟器6的信号输入端均通过PLC与计算机相连。

[0027] 所述电动烟线喷头1包括整流罩7、隔板8、定孔板9、动孔板10及电动推杆11；所述整流罩7分为扩张段和平直段，扩张段的截面形状为长条孔型；所述隔板8共设置两处，两处隔板8平行且对称固装在整流罩7的扩张段内侧，隔板8平行于整流罩7的平直段；所述定孔板9固装在两处隔板8之间，定孔板9垂直于隔板8，所述整流罩7扩张段的烟雾出口通过定孔板9进行封堵；所述动孔板10位于定孔板9内侧，动孔板10与定孔板9贴合在一起；所述电动推杆11连接在动孔板10与整流罩7之间，动孔板10通过电动推杆11与定孔板9进行滑动配合。

[0028] 在所述定孔板9和动孔板10均上开设有两排烟线喷孔12，定孔板9与动孔板10上的两排烟线喷孔12采用相同的布设方式，且两排烟线喷孔12中的第一排烟线喷孔12与第二排烟线喷孔12彼此错开布置。

[0029] 本实施例中，流动显示实验的最大实验时间设为20秒，最大风速设为20米/秒，流动显示实验用模型包括飞机模型、汽车模型、翼型模型、风机模型、建筑物模型等；实验中烟线的烟量至少为0.8立方米，烟线喷孔12的出口压力设为300Pa，折算流道损伤等以及高压烟箱2剩余烟量，取能量系数为3，则设定高压烟箱2内的压力为900Pa，而高压烟箱2按照耐压1000Pa进行选取，高压烟箱2的容积设为1立方米；常压烟箱5的容积设为2立方米；发烟器6按发烟量为0.1立方米/秒进行选取，发烟器6额定功率为1.2千瓦；两排烟线喷孔12中的每排烟线喷孔12的数量设为20个，孔径为0.2mm；定孔板9与动孔板10之间的接触面的摩擦力按照2N进行调整，电动推杆11的推力按10N进行设定；按照输入3路开关量、1路模拟量、输出
4路开关量确定PLC的输入输出点数，并保留有一定的扩展余量，且PLC选取的基本单元为
8DI、8DO、2AI；电动截止阀3的型号为DN25；装置内用于连通各个部件的管道采用PVC管。

[0030] 一种流动显示烟线方法，采用了所述的流动显示烟线装置，包括如下步骤：

[0031] 步骤一：对流动显示烟线装置进行初始化，使电动烟线喷头1处于关闭状态，电动截止阀3处于关闭状态，气泵4处于待机状态，发烟器6处于待机状态，PLC处于等待计算机控制信号状态；

[0032] 步骤二：风洞进入调速状态，同时PLC接收计算机的控制信号，并由PLC向发烟器6发出启动信号，通过发烟器6向常压烟箱5内充入烟雾；

[0033] 步骤三：当充烟时间结束后(充烟时间设为30秒即可)，通过PLC向发烟器6发出关机信号，使发烟器6停止发烟；

[0034] 步骤四：通过PLC向电动截止阀3发出开启信号，使电动截止阀3打开，同时通过PLC向气泵4发出启动信号，通过气泵4将常压烟箱5中的烟雾输入高压烟箱2中；

[0035] 步骤五：当高压烟箱2内的压力传感器检测到箱内压力达到设定值后，通过PLC向电动截止阀3发出关闭信号，同时通过PLC向气泵4发出关机信号，高压烟箱2充烟结束；

[0036] 步骤六：当风洞实验的气流调节稳定后，PLC接收计算机的喷烟信号，并由PLC向电动推杆11发出回缩动作执行信号，通过电动推杆11的回缩动作将动孔板10向上提起，使定孔板9与动孔板10上的所有烟线喷孔12导通，此时高压烟箱2中的烟雾将通过烟线喷孔12喷出，并形成两种高压烟线，同时启动流动显示测量工作；

[0037] 步骤七：当流动显示测量工作完成后，PLC接收计算机的喷烟结束信号，并由PLC向电动推杆11发出伸出动作执行信号，通过电动推杆11的伸出动作使动孔板10向下退回原位，定孔板9会将动孔板10上的所有烟线喷孔12进行封堵；

[0038] 步骤八：重复步骤二至步骤七，进行下一次流动显示实验。

[0039] 实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。