一种移动列车三维流场动态识辨演化装置及方法与流程

本发明涉及风洞试验，具体涉及一种移动列车三维流场动态识辨演化装置及方法。

背景技术：

1、近年来，烟丝流技术被广泛应用在基于风洞的流场可视化试验中，它的主要原理是将一根放置在流场上游的金属丝加热，使涂刷在金属丝表面的发烟油汽化产生烟雾，在风的驱动下烟雾直观模拟物体周围气体的流动情况。

2、常规的流场可视化试验依靠对金属丝表面手动涂抹发烟油，或利用重力让发烟油流到金属丝表面上，从而使金属丝表面附着发烟油。金属丝两端连接可调电压源，荷电金属丝发热导致发烟油汽化产生烟雾，烟雾在风的驱动下形成烟线，最终刻画出下游一定范围内的流场结构。然而，手动涂抹和重力作用使金属丝表面附着发烟油的方法均容易导致金属丝上的发烟油分布不均匀，受热产生不同粗细和长短的烟丝，无法准确模拟流场结构。这不仅影响试验结果的可靠性，还降低了试验效率。此外，基于一根金属丝生成的烟丝流比较接近二维平面上的流场结构，难以模拟三维空间上的流场结构。这些问题在高速移动的列车动模型流场试验中更加突出。

3、综上所述，需要提供一种移动列车三维流场动态识辨演化装置及方法，用于解决现有技术中金属丝表面附着发烟油分布不均匀无法准确模拟流场结构的问题以及采用单一金属丝生成的烟丝流难以模拟三维空间上的流场结构的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种移动列车三维流场动态识辨演化装置及方法，具体技术方案如下：

2、在第一方面，本发明提供了一种移动列车三维流场动态识辨演化装置，包括电热珠、动力机构、供电单元、发烟油储存仓、第一成像部件、第二成像部件和摄像组件；

3、在列车模型的侧壁和顶面均匀开设孔洞，所述电热珠的数量为多个，且均匀可转动的一一布设在对应的孔洞中，并与列车模型的外界空气接触；

4、所述动力机构设置在列车模型内部，其包括多组沿列车模型高度方向上依次间隔设置的动力构件；每组动力构件均包括用于驱动与对应动力构件在同一高度上的所有所述电热珠转动的传动杆，在所述传动杆上设置与所述电热珠一一对应连接的安装槽；

5、所述供电单元设置在列车模型内部，其包括多个输电端，所述输电端与所述电热珠一一对应接触；

6、所述发烟油储存仓设置在列车模型内部，其连接多个输油管路，所述输油管路与所述电热珠一一对应设置；所述输油管路的一端与所述发烟油储存仓连接，而另一端设置在所述孔洞中；所述电热珠设置在所述输油管路远离所述发烟油储存仓的一端上，且与所述输油管路的内壁之间设有间隙；

7、所述第一成像部件和所述第二成像部件分别设置在列车模型的头部和尾部上；

8、所述摄像组件包括多个摄像单件且布设在列车模型长度方向的两侧。

9、可选的，所述动力构件还包括动力件和传动齿轮；所述动力件的输出端通过所述传动齿轮与所述传动杆连接。

10、可选的，所述间隙的宽度为1-2mm。

11、可选的，所述第一成像部件和所述第二成像部件均为显微成像设备，且分辨率均不低于500万像素。

12、可选的，所述摄像单件为高速摄像机。

13、可选的，所述移动列车三维流场动态识辨演化装置还包括回油槽；所述回油槽的数量与所述输油管路的数量相同，且所述回油槽一一对应设置在所述输油管路的下方；所述回油槽通过回油管路与所述发烟油储存仓连接。

14、可选的，所述移动列车三维流场动态识辨演化装置还包括发烟油加压部件，所述发烟油加压部件设置在所述发烟油储存仓内。

15、在第二方面，本发明提供了一种采用所述移动列车三维流场动态识辨演化装置的方法，包括：

16、步骤s1、将所述移动列车三维流场动态识辨演化装置组装完成，并置于风洞试验室中；

17、步骤s2、采用所述发烟油加压部件改变所述发烟油储存仓内的压力以控制所述输油管路对所述电热珠的输油速率；采用所述动力机构驱动所述电热珠转动，使电热珠表面附着均匀的发烟油；采用所述供电单元对所述电热珠输送荷电量，使得所述电热珠产热实现发烟油的挥发，并生成连续稳定的烟雾，烟雾在风荷载或列车模型行驶风的驱动下形成均匀分布的烟丝流；

18、步骤s3、采用第一成像部件、第二成像部件和摄像组件对列车模型周围的烟丝流流场全方位捕捉，精确捕获列车模型头部、尾部及两侧烟丝流的动态变化。

19、可选的，在步骤s2中，所述电热珠的输油速率采用式(1)表示：

20、

21、其中，v为所述电热珠的输油速率；δp为所述发烟油加压部件改变所述发烟油储存仓内的压力与大气压之间的形成的压差，δp的取值范围为0.1-1pa；ρ为发烟油的密度；g为重力加速度。

22、可选的，在步骤s2中，所述供电单元的放电电压范围为1-200v，输出电流小于等于20a。

23、应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

24、(1)本发明提供的一种移动列车三维流场动态识辨演化装置及方法，在列车模型的侧壁和顶面均匀开设孔洞，在孔洞内所述输油管路通过发烟油储存仓为电热珠提供发烟油；采用所述动力机构驱动所述电热珠转动，使电热珠表面附着均匀的发烟油；采用所述供电单元提供稳定电力，用于对所述电热珠输送稳定的荷电量，使得所述电热珠产热实现发烟油的挥发，并生成连续稳定的烟雾，烟雾在风荷载或列车模型行驶风的驱动下形成均匀分布的烟丝流，即，本发明实现了自动均匀涂油和稳定产烟的效果，确保在整个试验周期内烟雾的持续生成和稳定性，确保了试验结果的精确性和可靠性，解决了现有技术中金属丝表面附着发烟油分布不均匀无法准确模拟流场结构的问题；另外，本发明还结合采用第一成像部件、第二成像部件和摄像组件对列车模型周围的烟丝流流场全方位捕捉，精确捕获列车模型头部、尾部及两侧烟丝流的动态变化，能够细致地记录列车模型周围的三维流场结构，解决了现有技术中采用单一金属丝生成的烟丝流难以模拟三维空间上的流场结构的问题。因此，本发明能够准确模拟三维空间上的流场结构，且能够细致地记录列车模型周围的三维流场结构，这不仅为研究人员提供了丰富的数据支持，还极大地促进了试验结果的多维度分析和试验效率的提升。

25、(2)本发明通过发烟油加压部件和发烟油储存仓组合控制对电热珠的输油速率，通过动力机构控制电热珠的旋转速度，通过供电单元控制电热珠的荷电量，即本发明通过协同调控对电热珠输油速率、旋转速度和荷电量，灵活调控对电热珠表面的附油量和产烟速率，达到控制烟雾浓度的效果，确保烟雾在风荷载或列车模型行驶风驱动下形成稳定且清晰的烟丝流。

26、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种移动列车三维流场动态识辨演化装置，其特征在于，包括电热珠(1)、动力机构(2)、供电单元(3)、发烟油储存仓(4)、第一成像部件、第二成像部件和摄像组件(5)；

2.根据权利要求1所述的移动列车三维流场动态识辨演化装置，其特征在于，所述动力构件还包括动力件(2.1)和传动齿轮(2.2)；所述动力件(2.1)的输出端通过所述传动齿轮(2.2)与所述传动杆(2.3)连接。

3.根据权利要求1所述的移动列车三维流场动态识辨演化装置，其特征在于，所述间隙的宽度为1-2mm。

4.根据权利要求1所述的移动列车三维流场动态识辨演化装置，其特征在于，所述第一成像部件和所述第二成像部件均为显微成像设备，且分辨率均不低于500万像素。

5.根据权利要求1所述的移动列车三维流场动态识辨演化装置，其特征在于，所述摄像单件(5.1)为高速摄像机。

6.根据权利要求1所述的移动列车三维流场动态识辨演化装置，其特征在于，还包括回油槽；所述回油槽的数量与所述输油管路(4.1)的数量相同，且所述回油槽一一对应设置在所述输油管路(4.1)的下方；所述回油槽通过回油管路与所述发烟油储存仓(4)连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的移动列车三维流场动态识辨演化装置，其特征在于，还包括发烟油加压部件，所述发烟油加压部件设置在所述发烟油储存仓(4)内。

8.一种采用如权利要求7所述的移动列车三维流场动态识辨演化装置的方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤s2中，所述电热珠(1)的输油速率采用式(1)表示：

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤s2中，所述供电单元(3)的放电电压范围为1-200v，输出电流小于等于20a。

技术总结本发明涉及风洞试验技术领域，具体涉及一种移动列车三维流场动态识辨演化装置及方法。该装置包括电热珠、动力机构、供电单元、发烟油储存仓、第一成像部件、第二成像部件和摄像组件；电热珠的数量为多个且均匀可转动的一一布设在列车模型对应的孔洞中；动力机构用于驱动所述电热珠转动；供电单元包括与电热珠连接的输电端；发烟油储存仓通过输油管路为电热珠供油；第一成像部件和第二成像部件分别设置在列车模型的头部和尾部上；摄像组件包括多个摄像单件且布设在列车模型长度方向的两侧。该方法用于完成移动列车三维流场动态识辨演化试验。本发明能够准确模拟三维空间上的流场结构。技术研发人员：何旭辉,杨伟超,魏晓军,舒臻孺,邹云峰,李欢,敬海泉,严磊,蔡陈之,邓朋儒,唐林波,欧阳德惠受保护的技术使用者：中国国家铁路集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12