不同开孔率的多孔孔板水力空化装置的图像分析
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图８是有机玻璃管中充满清水的图片。由图中可 以看出，有机玻璃管在充满清水时，除了由于光源照 射，有机玻璃管上下端有反光之外。管路中的灰度几乎
泡到充满，回漩大气泡逐渐减少，管路平均灰度值下 降；在管路流量在８．８一１１．２ ｍ３／ｈ之间时，可以认为 是空化气泡发生和发展起主导作用的过程，随着流量 的增加，气泡随着流量的增加由大变小（在这个过程 中主要是气泡的破碎），孔板后管路气泡状态越来越 激烈直至管路达到雾化状态，孔板后从大气泡到小气 泡过程中，管路平均灰度逐渐增大；当管路流量在 １１．２—１２．Ｏ ｏ／ｈ时，管路平均灰度下降较快，在这个 过程中，由于空化效应越来越激烈，空化气泡的发生发 展和溃灭都在瞬间完成，随着管路流量的增加，空化气 泡的这一过程时间会越来越短，释放的能量越来越快， 导致在拍摄段气泡的平均灰度值逐渐降低，在有机玻 璃管的后半段（不在拍摄范围的一段有机玻璃管段） 上方出现大量的大气泡，可以认为是空化气泡在第１ 次发生发展溃灭后的再生长过程；在管路流量在１２．Ｏ —１２．９ ｍ３／ｈ时，孔板后管路平均灰度值逐渐增大，是 孔板后空化效果激烈化的反应。 ３．２不同开孔率与平均灰度的分析’
万方数据
［研究·设计】
卢晓江不同开孔率的多孔孔板水力空化装置的图像分析
·３３·
孔板曲线图趋势一致；其它５块孔板变化趋势没有特 定的规律，随着流量的增加，平均灰度值变化不一。
ｌ号孔板，开孔率为０．０３５时，孔板后从７．８ ｍ３／ｈ 开始充满，在８．２ ｍ３／ｈ流量达到最大。孔板充满的流 量很少，由于孔板开孔率较大．节流产生的管路阻力大 的原因，随着开孔率的加大，管路阻力系数变小，管路 最大流量变大。但当开孔率达到ｏ．０５６ ４（即６号孔 板）时，管路节流效果不太明显，管路中水力空化效果 不稳定，致使管路平均灰度值没有明显的变化。实验 数据显示：在开孔率为Ｏ．０５６ ４时，管路的最大流量为 １５．６ ｍ３／ｈ，而管路的流量计范围最高为１６ ｍ３／ｈ，说明 此时已经到达管路的最大承载范围，当开孔率进一步 增加，不但空化节流效果不明显。而且管路的最大流量 也将超出流量计的最高范围。由图中显示空化效果并 不是很稳定，可以认为当开孔率大于Ｏ．０５４时，管路水 力空化效果越来越不明显。
２≯ａｙ ｖａｌｕｅ
０前言 水力空化是个微观、瞬时、随机、多相的复杂过程。
关于空化研究在国内起步较晚，到目前为止，有关空化 和空蚀的理论及不少研究成果还不能令人完全满意。 许多问题还有待进一步深入研究和探索¨圳。近年来， 借助流体显形和数值模拟等先进的研究方法和手段， 空化和空蚀的研究正向更深入、更微观的领域发展。 本文采用多孑Ｌ孔板作为节流元件，设计了一套水力空 化实验装置∞引。使用高速摄影仪拍摄空化发生、发展
注：圆心圆级数中每位数字表示所在级数的开孔个数．例如：（１．４。 ４４４）ｌ表示中心有孔，４表示ｌ级、２级、３级和４级圆Ｊ二各有４个孔。 孔板材质均为有机玻璃。
３结果与分析 开孔率是影响多孔孔板节流效果的主导因素；同
样，开孔率也是多孔孔板的主要结构参数。下面将着 重分析开孔率对水力空化效果的影响。 ３．１ 单个孔板流量与平均灰度的分析
图８有机玻璃管充满清水图像 Ｆｉｇｕｒｅ ８ Ｐ１ｅｘｉｇｌ酗ｓ ｔｕｂｅ ｍｌｅｄ ｗｉｔｌｌ ｗａｔｅｒ ｉｍａｇｅ 气泡的发展状态主要有２
种趋势＂．１０】：气泡的聚并和破 碎。气泡的聚并和破碎最终 影响到有机玻璃管中气泡的 大小和个数，从而影响图像的 灰度值。研究表明直径越大 的气泡破碎速度和聚并速度
验都是在晚上进行。保持摄影仪的位置和镜头不变， 有效地排除摄影仪自身差异对拍摄图片的影响。这样 近似地认为图片拍摄外界条件均衡，每张图片除了由 于管路特性引起图片效果不同外，其他均认为一样。 现在以其中一张图片为例阐述灰度平均值的概念。图 像处理过程如图２，３，４和图５所示。图片大小６４０× ４８０，为了减少分析误差，先将背景去掉，并且转化成黑 白图片，大小为６４０×１７ｌ。如图４所示。
在多孔孔板水力空化试验中。可以很明显的观察 到有大量气泡产生，随着管路流量的增大，孔板后强烈 的气泡漩涡逐渐稳定至管中，并伴随雾化现象发生。 随着流量的增加，对图像灰度进行处理，得到平均灰 度。以４号孔板为例来说明多孔孔板体积流量与平均 灰度的关系（如图７所示）。
万方数据
·３２·
轻工杌糖Ｌ动ｆ如ｄ嘲ｎｙ胁幽ｅｌｙ
ｃｏｅ伍ｃｉｅｎｔ ｒｅｄｕｃｅｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．［Ｃｈ，ｌ ｌ ｆｉｇ．１ ｔａｂ．１ Ｏ”ｅ￡］
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｍｍｅｃｈａｎｉｃｓ；ｍｕｌｔｉ．ｈｏｌｅ ｏｒｉｆｉｃｅ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃａＶｉ枷ｏｎ；ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃｏｅ伍ｃｉｅｎｔ；叩ｅｎｉｎｇ ｒａｔｉｏ；ｔｌｌｅ ａｖｅｒａｇｅ
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第２８卷第３期 ２０ｌＯ年６月
轻工杌糖 脚曲¨础哪幻，Ｍ日ｃＪｌ蛔ｅｌｙ
Ｖ０１．２８ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１０
［研究·设计］
ＤＯＩ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５．２８９５．２０ｌＯ．０３．００９
不同开孔率的多孑Ｌ孔板水 空化装置的图像分析
卢晓江
（天津科技大学机械工程学院，天津３００２２２）
ＬＵ Ｘｉａｏ－ｊｉ粕ｇ
（Ｃｏｕｅｇｅ ０ｆ Ｍｅｃｈ觚ｉｃａｌ Ｅｎｇｉ舱喇ｎｇ，’Ｉ、ａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅ疆ｉｔｙ ０ｆ ｓｃｉｅｎ∞明ｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ醪，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２２２，Ｃｈｉ腿）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：刀诂眈ｅｓ妇如皙舰矗口Ｊ以旷ｐｒ伽￡溉Ｚ弓匏ｃ‘巍圯枷翻钯ｃ捌纽ｔ幻，ｌ￡嚣￡ｉ淞玩ｚ如￡幻，ｌ，历缸ｅｇ“咖，船ｍ幻。七￡ｋ
越大；因为大气泡的粒数浓度较小气泡低，所以对大气
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泡而言，其破碎速度远大于其聚并速度；随着气液２相
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速度的增加，液体对气体的剪切力变大同时压缩气体，
越
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气泡便会变形以致破裂。从而得到较小的气泡，所以随
昏
着液体流量的增加气泡尺寸明显变小。
管路流量在８．８ ｍ３／ｈ之前，由于管路流量小，孔
板后处于未充满状态，管路中从存在大量的回漩大气
阻力系数随着开孔率的增加明显减小。图１１袁ｌ参ｌＯ
关键词：流体力学；多孔孔板；水力空化；阻力系数；开孔率；平均灰度值
中圈分类号：７ｒＱ０５１．４
文献标志码：Ａ
文章编号：１０Ｑ５．２８９５（２０ｌＯ）０３Ｊ００３０Ｊ０５
Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｍｕｌｔｉ－ｈｏｌｅ Ｏｒｉｆｉｃｅ Ｐｌａｔｅ ｉｎ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ＣａＶｉｔａｔｉｏｎ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｔ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｒａｔｉｏ
图７ ４号孔板的管路体积流量与平均灰度的关系图 Ｆｉｇｕｒｅ ７ 肺ｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍａ）【ｉｍｕｍ ｎｏｗ
ｉｎ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ａｌｌｄ ａｖｅｒａｇｅ ｇｍｙ
由图７可以看出，随着管路体积流量的增加，图像 的平均灰度呈现由大变小、由小变大、由大变小、由小 变大的趋势。图中几个拐点与实验记录有很好的对应 关系，在管路流量为８．８ ｍ３／ｈ时，孔板后由未充满到 刚好充满，在这个过程中。孔板后由大量的气泡漩涡逐 渐变小直至最后充满；随着流量的增加，当到达１１．２ ｍ３／ｈ时，孔板后有明亮的爆破声，管路中出现明显雾 化现象；随着管路流量进一步增加，管路中雾化现象进 一步加强。当流量达到１２．０ ｍ３／ｈ时，管路状态趋于 稳定，孔板前无气泡，可以认为空化效果越来越显现； 随着流量的进一步增加，直至达到最大流量，管路中空 化效果越来越强，管路中处于浑浊状态。
图中显示，管路灰度主要集中在２５—７５之间，局部 有死角。以上分析的只是其中一张图片，在每个流量对 应下有很多图片，而且每张图片的大小和处理方式一
致，所以引人灰度平均值，即灰度平均值＝灰度值之秒
像素，用灰度平均值探索研究表征管路空化效果。 ２孔板结构设计
为了方便比较开孔率对水力空化效果的影响，设 定多孑Ｌ孔板节流孑Ｌ个数Ⅳ和排列方式一致（疏密度相 同），且均为圆心圆定位，中心开孔，通过改变节流孔 半径来改变多孔孔板的开孔率。孔数Ⅳ为２５，小孔直 径范围是３．Ｏ一４．０，开孔率在０．０３５～０．０６２５之间， 孔板编号为ｌ一７。
２０ｌＯ年第３期
２
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图６孔板结构设计图 Ｆｉｇｕｍ ６ Ｓｋｅｔｃｈ ｍ印ｏｆ ＭＯＰ
收稿日期：２０１０－０３．２９；修回日期：２０ｌＯ弭斯
作者简介：卢晓江（１９６０），男，江苏仪征人，天津科技大学机械工程学院教授，主要从事流体流动与装置方面的研究。Ｅ．Ⅱ试ｌ： ｘｉａｏｊｉ觚ｇｌｕ＠ｔ岫ｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
［研究．设计】 如图ｌ所示。
卢晓江不同开孔率的多孔孔板水力空化装置的图像分析
表ｌ 多孔孔板设计参数 Ｔａｂｌｅ ｌ卟ｅ ＭＯＰ ｄｅｓｉ朗ｐａｍｍｅｔｅｒｓ
图２ 管路流态图
Ｆｉｇｕｒｅ ２ Ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｍⅡｌａｐ
图３ 截取黑白转换图
Ｆｉｇｕｒｅ ３ Ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｃｋ ａｎｄ ｗｈｉｔｅ ｃｏｎＶｅｒｓｉｏｎ ｃｈａｎ
图４ 直方图 Ｆｉｇｕｒｅ４ １’ｈｅ ｈｉｓｔｏ印珊
·３ｌ·
ｌ·离心泵；２、３·可调节蝶阀；４一玻璃转子流黉计；５、６、１０·不可调节躲 阀；７．有机玻璃管；８－多孔孔板；９一高速摄影仪；１ １一水箱
图１水力空化装置流程图 Ｆｉｇｕｒｅ ｌ Ｔｈｅ ｎｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｈｙｄｒａｕＩｉｃ
ｃａ“ｔａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
１．２实验原理 为尽可能避免外部光源对实验的影响，所有的实
图５灰度值２５—７５对应管路分布图 Ｆｉｇｕｒｅ ５ Ｕｎｅｓ ２５—７５ ｃｏｎ．ｅ叩ｏｎｄ ｔｏ
ｇｒａｙ ｖａｌｕｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
从图４中可以看出管路灰度值主要集中在２５～ ７５之间，以下分析灰度值在２５—７５之间，在管路中分 布的位置。如图５所示。图中白色区域为灰度值２５ —７５之间管路中对应的位置。
Байду номын сангаас
和溃灭的全过程，利用ＭａｔＩａｂ软件进行图像处理。根 据不同情况下图像的平均灰度值不同，分析多孔孔板 结构参数、管路特性对水力空化的影响，结合实验观察 的现象分析和管路特性的研究，着重分析了开孔率对 水力空化效果和管路特性的影响。进而对水力空化效 果进行有效评价。 １ 实验原理 １．１实验装置
实验装置由主管路、旁路、回路组成，实验流程图
为零。空化发生发展的过程是气泡生长、发展、溃灭、 消失的过程。在试验过程中拍摄到的图像管路中灰度 不同，主要是产生空化过程中气泡的大小和多少不同， 引起的图像灰度不同。
图９所示的是不同开孔率对应的平均灰度值与流 量的关系图。前面分析了单个孔板平均灰度值随流量 增加的变化趋势。所不同的是，图中流量是从孔板后 有机玻璃管充满开始。从图中可以看出，４号和５号
ｔＩｌｅ ｏｐｅｌｌｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｔ１１ｅ ｐｒｅｄ伽ｉｎ肋ｔ ｈｃｔｏｒ ｔｏ ａｆｆｅｃｔ ｔｌｌｅ ｈｙｄｒａｕｌｊｃ ｃａｙｊｔａｔｉ油ｅＨ．ｅｃｔ，ｅａｃｈ ｐｊｐｅｌｊｎｅ ｈａｓ ａ ｂｅｓｔ ｏｐｅｎｉｎｇ
ｒａｔｉｏ，ｔ０ ｍａｋｅ山ｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｅａ．ｅｃｔ ｏｐｔｉｍｕｎ； ｗｉｔＩＩ ｔｌｌｅ ｉｎｃｒｅ鹪ｉｎｇ ｏｆ ｏｐｅｎｉｎｇ ｒａｔｉｏ， ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
摘要：设计了一套实用有效的水力空化实验装置，利用高速摄影的方法研究多孔孔板结构参数对水力空化效果的影
响，总结得出评价水力空化效果的有效方法。研究得出．并１用孔板后的平均灰度值可以很好的反映管路中的空化效应：
多孔孔板的开孔率是影响水力空化效果的主导因素。每个管路都存在一个最佳开孔率，使管路水力空化效果最优；管路
泡到充满，回漩大气泡逐渐减少，管路平均灰度值下 降；在管路流量在８．８一１１．２ ｍ３／ｈ之间时，可以认为 是空化气泡发生和发展起主导作用的过程，随着流量 的增加，气泡随着流量的增加由大变小（在这个过程 中主要是气泡的破碎），孔板后管路气泡状态越来越 激烈直至管路达到雾化状态，孔板后从大气泡到小气 泡过程中，管路平均灰度逐渐增大；当管路流量在 １１．２—１２．Ｏ ｏ／ｈ时，管路平均灰度下降较快，在这个 过程中，由于空化效应越来越激烈，空化气泡的发生发 展和溃灭都在瞬间完成，随着管路流量的增加，空化气 泡的这一过程时间会越来越短，释放的能量越来越快， 导致在拍摄段气泡的平均灰度值逐渐降低，在有机玻 璃管的后半段（不在拍摄范围的一段有机玻璃管段） 上方出现大量的大气泡，可以认为是空化气泡在第１ 次发生发展溃灭后的再生长过程；在管路流量在１２．Ｏ —１２．９ ｍ３／ｈ时，孔板后管路平均灰度值逐渐增大，是 孔板后空化效果激烈化的反应。 ３．２不同开孔率与平均灰度的分析’
万方数据
［研究·设计】
卢晓江不同开孔率的多孔孔板水力空化装置的图像分析
·３３·
孔板曲线图趋势一致；其它５块孔板变化趋势没有特 定的规律，随着流量的增加，平均灰度值变化不一。
ｌ号孔板，开孔率为０．０３５时，孔板后从７．８ ｍ３／ｈ 开始充满，在８．２ ｍ３／ｈ流量达到最大。孔板充满的流 量很少，由于孔板开孔率较大．节流产生的管路阻力大 的原因，随着开孔率的加大，管路阻力系数变小，管路 最大流量变大。但当开孔率达到ｏ．０５６ ４（即６号孔 板）时，管路节流效果不太明显，管路中水力空化效果 不稳定，致使管路平均灰度值没有明显的变化。实验 数据显示：在开孔率为Ｏ．０５６ ４时，管路的最大流量为 １５．６ ｍ３／ｈ，而管路的流量计范围最高为１６ ｍ３／ｈ，说明 此时已经到达管路的最大承载范围，当开孔率进一步 增加，不但空化节流效果不明显。而且管路的最大流量 也将超出流量计的最高范围。由图中显示空化效果并 不是很稳定，可以认为当开孔率大于Ｏ．０５４时，管路水 力空化效果越来越不明显。
２≯ａｙ ｖａｌｕｅ
０前言 水力空化是个微观、瞬时、随机、多相的复杂过程。
关于空化研究在国内起步较晚，到目前为止，有关空化 和空蚀的理论及不少研究成果还不能令人完全满意。 许多问题还有待进一步深入研究和探索¨圳。近年来， 借助流体显形和数值模拟等先进的研究方法和手段， 空化和空蚀的研究正向更深入、更微观的领域发展。 本文采用多孑Ｌ孔板作为节流元件，设计了一套水力空 化实验装置∞引。使用高速摄影仪拍摄空化发生、发展
注：圆心圆级数中每位数字表示所在级数的开孔个数．例如：（１．４。 ４４４）ｌ表示中心有孔，４表示ｌ级、２级、３级和４级圆Ｊ二各有４个孔。 孔板材质均为有机玻璃。
３结果与分析 开孔率是影响多孔孔板节流效果的主导因素；同
样，开孔率也是多孔孔板的主要结构参数。下面将着 重分析开孔率对水力空化效果的影响。 ３．１ 单个孔板流量与平均灰度的分析
图８有机玻璃管充满清水图像 Ｆｉｇｕｒｅ ８ Ｐ１ｅｘｉｇｌ酗ｓ ｔｕｂｅ ｍｌｅｄ ｗｉｔｌｌ ｗａｔｅｒ ｉｍａｇｅ 气泡的发展状态主要有２
种趋势＂．１０】：气泡的聚并和破 碎。气泡的聚并和破碎最终 影响到有机玻璃管中气泡的 大小和个数，从而影响图像的 灰度值。研究表明直径越大 的气泡破碎速度和聚并速度
验都是在晚上进行。保持摄影仪的位置和镜头不变， 有效地排除摄影仪自身差异对拍摄图片的影响。这样 近似地认为图片拍摄外界条件均衡，每张图片除了由 于管路特性引起图片效果不同外，其他均认为一样。 现在以其中一张图片为例阐述灰度平均值的概念。图 像处理过程如图２，３，４和图５所示。图片大小６４０× ４８０，为了减少分析误差，先将背景去掉，并且转化成黑 白图片，大小为６４０×１７ｌ。如图４所示。
在多孔孔板水力空化试验中。可以很明显的观察 到有大量气泡产生，随着管路流量的增大，孔板后强烈 的气泡漩涡逐渐稳定至管中，并伴随雾化现象发生。 随着流量的增加，对图像灰度进行处理，得到平均灰 度。以４号孔板为例来说明多孔孔板体积流量与平均 灰度的关系（如图７所示）。
万方数据
·３２·
轻工杌糖Ｌ动ｆ如ｄ嘲ｎｙ胁幽ｅｌｙ
ｃｏｅ伍ｃｉｅｎｔ ｒｅｄｕｃｅｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．［Ｃｈ，ｌ ｌ ｆｉｇ．１ ｔａｂ．１ Ｏ”ｅ￡］
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｍｍｅｃｈａｎｉｃｓ；ｍｕｌｔｉ．ｈｏｌｅ ｏｒｉｆｉｃｅ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃａＶｉ枷ｏｎ；ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃｏｅ伍ｃｉｅｎｔ；叩ｅｎｉｎｇ ｒａｔｉｏ；ｔｌｌｅ ａｖｅｒａｇｅ
．Ｉｌ州ｍｕ比∞疵以ｉｏ，ｌ
如增，ｌ ｐ口ｍｍ蹴ｒ蠡Ｄ
ｇｔｅＪ鹏ｋ拙ｒ咖以幻ｒ砂ｃ口如扼ｅ删纽￡玩幻－幻ｎ乞如护。钯形ｉ，沁矿，ｚ圮ｗｅ，￡ｌｃｋｅ危，泓ｓｕｍ一啪ｓｒｐ妇ｅ甜ｄ口曲，础ｌ砀曙钯呐面ｓｅ觚ｍ蛳ｅｔ， ，ｂｌＤｄｇ蠡Ｄｔｋｑ，ｍ砒 ｐｍｉｚ跎－ｂ＾如，砒Ｄ耐以池记
ｃ伽妇￡幻，Ｉ砑础．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｌｌａｔ，ｕｓｉｎｇ ｔｌｌｅ ａｖｅｒａｇｅ ｇｍｙ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｌｌｅ ｏｒｉｆｉｃｅ ｃａｎ ｗｅＵ ｒｅｎｅｃｔ ｔｈｅ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｅＨ．ｅｃｔ；
第２８卷第３期 ２０ｌＯ年６月
轻工杌糖 脚曲¨础哪幻，Ｍ日ｃＪｌ蛔ｅｌｙ
Ｖ０１．２８ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１０
［研究·设计］
ＤＯＩ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５．２８９５．２０ｌＯ．０３．００９
不同开孔率的多孑Ｌ孔板水 空化装置的图像分析
卢晓江
（天津科技大学机械工程学院，天津３００２２２）
ＬＵ Ｘｉａｏ－ｊｉ粕ｇ
（Ｃｏｕｅｇｅ ０ｆ Ｍｅｃｈ觚ｉｃａｌ Ｅｎｇｉ舱喇ｎｇ，’Ｉ、ａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅ疆ｉｔｙ ０ｆ ｓｃｉｅｎ∞明ｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ醪，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２２２，Ｃｈｉ腿）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：刀诂眈ｅｓ妇如皙舰矗口Ｊ以旷ｐｒ伽￡溉Ｚ弓匏ｃ‘巍圯枷翻钯ｃ捌纽ｔ幻，ｌ￡嚣￡ｉ淞玩ｚ如￡幻，ｌ，历缸ｅｇ“咖，船ｍ幻。七￡ｋ
越大；因为大气泡的粒数浓度较小气泡低，所以对大气
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泡而言，其破碎速度远大于其聚并速度；随着气液２相
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速度的增加，液体对气体的剪切力变大同时压缩气体，
越
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气泡便会变形以致破裂。从而得到较小的气泡，所以随
昏
着液体流量的增加气泡尺寸明显变小。
管路流量在８．８ ｍ３／ｈ之前，由于管路流量小，孔
板后处于未充满状态，管路中从存在大量的回漩大气
阻力系数随着开孔率的增加明显减小。图１１袁ｌ参ｌＯ
关键词：流体力学；多孔孔板；水力空化；阻力系数；开孔率；平均灰度值
中圈分类号：７ｒＱ０５１．４
文献标志码：Ａ
文章编号：１０Ｑ５．２８９５（２０ｌＯ）０３Ｊ００３０Ｊ０５
Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｍｕｌｔｉ－ｈｏｌｅ Ｏｒｉｆｉｃｅ Ｐｌａｔｅ ｉｎ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ＣａＶｉｔａｔｉｏｎ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｔ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｒａｔｉｏ
图７ ４号孔板的管路体积流量与平均灰度的关系图 Ｆｉｇｕｒｅ ７ 肺ｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍａ）【ｉｍｕｍ ｎｏｗ
ｉｎ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ａｌｌｄ ａｖｅｒａｇｅ ｇｍｙ
由图７可以看出，随着管路体积流量的增加，图像 的平均灰度呈现由大变小、由小变大、由大变小、由小 变大的趋势。图中几个拐点与实验记录有很好的对应 关系，在管路流量为８．８ ｍ３／ｈ时，孔板后由未充满到 刚好充满，在这个过程中。孔板后由大量的气泡漩涡逐 渐变小直至最后充满；随着流量的增加，当到达１１．２ ｍ３／ｈ时，孔板后有明亮的爆破声，管路中出现明显雾 化现象；随着管路流量进一步增加，管路中雾化现象进 一步加强。当流量达到１２．０ ｍ３／ｈ时，管路状态趋于 稳定，孔板前无气泡，可以认为空化效果越来越显现； 随着流量的进一步增加，直至达到最大流量，管路中空 化效果越来越强，管路中处于浑浊状态。
图中显示，管路灰度主要集中在２５—７５之间，局部 有死角。以上分析的只是其中一张图片，在每个流量对 应下有很多图片，而且每张图片的大小和处理方式一
致，所以引人灰度平均值，即灰度平均值＝灰度值之秒
像素，用灰度平均值探索研究表征管路空化效果。 ２孔板结构设计
为了方便比较开孔率对水力空化效果的影响，设 定多孑Ｌ孔板节流孑Ｌ个数Ⅳ和排列方式一致（疏密度相 同），且均为圆心圆定位，中心开孔，通过改变节流孔 半径来改变多孔孔板的开孔率。孔数Ⅳ为２５，小孔直 径范围是３．Ｏ一４．０，开孔率在０．０３５～０．０６２５之间， 孔板编号为ｌ一７。
２０ｌＯ年第３期
２
３
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Ｉ＼蠼男／／ Ｉ＼、：煺湖嗜／／ｉ－＼聪灾男／，
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图６孔板结构设计图 Ｆｉｇｕｍ ６ Ｓｋｅｔｃｈ ｍ印ｏｆ ＭＯＰ
收稿日期：２０１０－０３．２９；修回日期：２０ｌＯ弭斯
作者简介：卢晓江（１９６０），男，江苏仪征人，天津科技大学机械工程学院教授，主要从事流体流动与装置方面的研究。Ｅ．Ⅱ试ｌ： ｘｉａｏｊｉ觚ｇｌｕ＠ｔ岫ｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
［研究．设计】 如图ｌ所示。
卢晓江不同开孔率的多孔孔板水力空化装置的图像分析
表ｌ 多孔孔板设计参数 Ｔａｂｌｅ ｌ卟ｅ ＭＯＰ ｄｅｓｉ朗ｐａｍｍｅｔｅｒｓ
图２ 管路流态图
Ｆｉｇｕｒｅ ２ Ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｍⅡｌａｐ
图３ 截取黑白转换图
Ｆｉｇｕｒｅ ３ Ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｃｋ ａｎｄ ｗｈｉｔｅ ｃｏｎＶｅｒｓｉｏｎ ｃｈａｎ
图４ 直方图 Ｆｉｇｕｒｅ４ １’ｈｅ ｈｉｓｔｏ印珊
·３ｌ·
ｌ·离心泵；２、３·可调节蝶阀；４一玻璃转子流黉计；５、６、１０·不可调节躲 阀；７．有机玻璃管；８－多孔孔板；９一高速摄影仪；１ １一水箱
图１水力空化装置流程图 Ｆｉｇｕｒｅ ｌ Ｔｈｅ ｎｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｈｙｄｒａｕＩｉｃ
ｃａ“ｔａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
１．２实验原理 为尽可能避免外部光源对实验的影响，所有的实
图５灰度值２５—７５对应管路分布图 Ｆｉｇｕｒｅ ５ Ｕｎｅｓ ２５—７５ ｃｏｎ．ｅ叩ｏｎｄ ｔｏ
ｇｒａｙ ｖａｌｕｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
从图４中可以看出管路灰度值主要集中在２５～ ７５之间，以下分析灰度值在２５—７５之间，在管路中分 布的位置。如图５所示。图中白色区域为灰度值２５ —７５之间管路中对应的位置。
Байду номын сангаас
和溃灭的全过程，利用ＭａｔＩａｂ软件进行图像处理。根 据不同情况下图像的平均灰度值不同，分析多孔孔板 结构参数、管路特性对水力空化的影响，结合实验观察 的现象分析和管路特性的研究，着重分析了开孔率对 水力空化效果和管路特性的影响。进而对水力空化效 果进行有效评价。 １ 实验原理 １．１实验装置
实验装置由主管路、旁路、回路组成，实验流程图
为零。空化发生发展的过程是气泡生长、发展、溃灭、 消失的过程。在试验过程中拍摄到的图像管路中灰度 不同，主要是产生空化过程中气泡的大小和多少不同， 引起的图像灰度不同。
图９所示的是不同开孔率对应的平均灰度值与流 量的关系图。前面分析了单个孔板平均灰度值随流量 增加的变化趋势。所不同的是，图中流量是从孔板后 有机玻璃管充满开始。从图中可以看出，４号和５号
ｔＩｌｅ ｏｐｅｌｌｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｔ１１ｅ ｐｒｅｄ伽ｉｎ肋ｔ ｈｃｔｏｒ ｔｏ ａｆｆｅｃｔ ｔｌｌｅ ｈｙｄｒａｕｌｊｃ ｃａｙｊｔａｔｉ油ｅＨ．ｅｃｔ，ｅａｃｈ ｐｊｐｅｌｊｎｅ ｈａｓ ａ ｂｅｓｔ ｏｐｅｎｉｎｇ
ｒａｔｉｏ，ｔ０ ｍａｋｅ山ｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｅａ．ｅｃｔ ｏｐｔｉｍｕｎ； ｗｉｔＩＩ ｔｌｌｅ ｉｎｃｒｅ鹪ｉｎｇ ｏｆ ｏｐｅｎｉｎｇ ｒａｔｉｏ， ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
摘要：设计了一套实用有效的水力空化实验装置，利用高速摄影的方法研究多孔孔板结构参数对水力空化效果的影
响，总结得出评价水力空化效果的有效方法。研究得出．并１用孔板后的平均灰度值可以很好的反映管路中的空化效应：
多孔孔板的开孔率是影响水力空化效果的主导因素。每个管路都存在一个最佳开孔率，使管路水力空化效果最优；管路