本發(fā)明涉及射流試驗(yàn)，尤其涉及適用ct快速三維成像的多場控制射流試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、流體力學(xué)發(fā)展至今，不僅在基礎(chǔ)科學(xué)體系之中占據(jù)一席之地，同時(shí)在工程工業(yè)、醫(yī)學(xué)、地球科學(xué)與天文學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用性。其中，噴射流體受固相物質(zhì)偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生吸引力達(dá)成新的相互平衡狀態(tài)，該現(xiàn)象是流體與結(jié)構(gòu)物相互作用的代表性問題。目前，已有預(yù)測固相顆粒體在垂直射流中平衡位置的計(jì)算方式，但對于固相顆粒體在射流作用下的動力學(xué)特征，即平衡位置距離射流出口的距離以及運(yùn)動狀態(tài)，尚無充分研究，且缺乏相應(yīng)的試驗(yàn)裝置。此外，在巖土及水利工程領(lǐng)域中，許多重大基礎(chǔ)工程面臨如何防治土體管涌現(xiàn)象的關(guān)鍵問題，該現(xiàn)象可被轉(zhuǎn)化為流體射流噴散固相顆粒體的問題，因此，探究噴射流體與固相顆粒體相互作用的機(jī)理，對巖土及水利工程領(lǐng)域中管涌災(zāi)害的預(yù)測與防治具有重大的應(yīng)用價(jià)值。

2、同時(shí)，三維ct（computertomography）技術(shù)（計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)）因其無損性的特質(zhì)，從而為分析研究材料物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了有效的技術(shù)手段，并且在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中，在顆粒運(yùn)動學(xué)研究領(lǐng)域中，三維ct成像技術(shù)已在靜態(tài)顆粒的成像、識別與分析等方面產(chǎn)生了巨大作用，從而用于研究其微觀特征。然而，常規(guī)ct掃描技術(shù)在時(shí)間分辨率上存在顯著限制，且因其需要在多個(gè)方向上進(jìn)行較為復(fù)雜的輻射圖像獲取，故無法實(shí)現(xiàn)對射流試驗(yàn)全過程的快速動態(tài)三維成像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供適用ct快速三維成像的多場控制射流試驗(yàn)裝置及方法，解決上述技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種適用ct快速三維成像的多場控制射流試驗(yàn)裝置，包括多場控制射流試驗(yàn)設(shè)備和ct快速三維成像系統(tǒng)，其中多場控制射流試驗(yàn)設(shè)備包括連通的射流通道和流體循環(huán)通路，射流通道內(nèi)置有固體樣品，流體循環(huán)通路與用于注入射流流體的多通道液體加注器連通；

3、ct快速三維成像系統(tǒng)包括圍繞射流通道布置的一組或多組ct成像組件（單光路或多光路成像），每組ct成像組件均包括關(guān)于射流通道中心對稱布置的x射線源和高頻射線探測器。

4、優(yōu)選的，射流通道由通道外殼和射流底座組成，射流通道的頂端和底端均設(shè)有可拆卸多孔板，射流通道的頂端和底端均經(jīng)多孔板與流體循環(huán)通路連通，流體循環(huán)通路上依次設(shè)置有第一流速傳感器、流量控制閥、多通道液體加注器、循環(huán)泵和第二流速傳感器。

5、優(yōu)選的，射流通道的頂端和底端還均設(shè)置有溫控組件，溫控組件包括圍繞射流通道的頂端或者底端設(shè)置的變溫元件和溫度傳感器，溫度傳感器與溫控器的輸入端電性連接，溫控器的輸出端與變溫元件電性連接。

6、優(yōu)選的，固體樣品為尺寸單一且形狀規(guī)則的物體時(shí)，ct快速三維成像系統(tǒng)由包括一組ct成像組件構(gòu)成的單光路成像，否則ct快速三維成像系統(tǒng)由包括多組ct成像組件構(gòu)成的多光路成像。

7、優(yōu)選的，射流通道的直徑與長度比值為1：10。

8、優(yōu)選的，通道外殼和射流底座均為pmma材質(zhì)。

9、優(yōu)選的，通道外殼的流動邊界條件設(shè)定為光滑邊界、不規(guī)則邊界或者多孔介質(zhì)。

10、適用ct快速三維成像的多場控制射流試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

11、s1、選定通道外殼的流動邊界條件以及多孔板的類型；

12、s2、組裝多場控制射流試驗(yàn)設(shè)備：在射流通道的底端加裝多孔板，再將固體樣品置于射流通道內(nèi)部，然后在射流通道的頂端加裝多孔板，而后將利用螺栓將選定的通道外殼固定于射流底座上，在射流通道的兩端加裝，流體循環(huán)通路；

13、s3、根據(jù)固體樣品的尺寸和形狀確定ct成像組件的組數(shù)，并圍繞射流通道布置確定組數(shù)的ct成像組件；

14、s4、打開多通道液體加注器，向流體循環(huán)通路和射流通道內(nèi)注入射流流體，直至射流流體充滿流體循環(huán)通路和射流通道，關(guān)閉多通道液體加注器；

15、s5、打開循環(huán)泵，并調(diào)節(jié)流量控制閥控制射流流體以設(shè)定流速在流體循環(huán)通路和射流通道中循環(huán)；

16、s6、打開溫控器，逐漸增大變溫元件通電電流，直至溫度傳感器采集到射流通道達(dá)到設(shè)定溫度，保持當(dāng)前通電電流；

17、s7、打開x射線源和高頻射線探測器，x射線源發(fā)出的射線束穿過射流通道內(nèi)的固體樣品和射流流體后被衰減，衰減后的光電信號被高頻射線探測器接收并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過計(jì)算機(jī)重構(gòu)ct灰度投影圖像，以不同灰度值的形式對各相物質(zhì)進(jìn)行呈現(xiàn)，得到多場控制條件下流-固兩相射流試驗(yàn)的動態(tài)三維圖像；

18、s8、改變通道外殼的流動邊界條件或者多孔板的類型，重復(fù)步驟s1-步驟s7，得到多條件下的多場控制條件下流-固兩相射流試驗(yàn)的動態(tài)三維圖像。

19、優(yōu)選的，步驟s1所述的流動邊界條件為光滑邊界、不規(guī)則邊界或者多孔介質(zhì)。

20、因此，本發(fā)明采用上述適用ct快速三維成像的多場控制射流試驗(yàn)裝置及方法，具有的有益效果為：

21、1、精確的多相流動監(jiān)測：實(shí)時(shí)三維成像：通過集成的ct快速三維成像系統(tǒng)，可以在實(shí)驗(yàn)過程中對固體樣品和射流流體的相互作用進(jìn)行高分辨率、非侵入式的實(shí)時(shí)三維成像，這使得研究人員能夠直觀地觀察到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，從而更準(zhǔn)確地分析流動現(xiàn)象，提升測試的整體精度；

22、動態(tài)重構(gòu)算法：使用圖像重構(gòu)算法處理得到的ct灰度投影圖像，生成清晰的多場控制條件下流-固兩相射流試驗(yàn)的動態(tài)三維圖像，有助于深入理解復(fù)雜的物理過程；

23、2、靈活可控的實(shí)驗(yàn)條件：多種流動邊界條件選擇：通道外殼的流動邊界可以設(shè)定為光滑邊界、不規(guī)則邊界或多種多孔介質(zhì)，模擬不同的工程應(yīng)用場景，這種靈活性允許研究者探索各種邊界條件下材料的行為特性；

24、溫度與流量精準(zhǔn)控制：增加溫度場控制與流動邊界控制，可實(shí)現(xiàn)流體溫度-射流流速-流動邊界的多條件耦合研究，能夠滿足試驗(yàn)多方面的、綜合性的需求；

25、3、高效的數(shù)據(jù)采集與處理：自動化程度高：從試驗(yàn)條件設(shè)定并執(zhí)行，到數(shù)據(jù)采集，再到最終三維圖像重構(gòu)，整個(gè)流程幾乎實(shí)現(xiàn)了全自動化操作，不僅提高了工作效率，同時(shí)減少人工誤差；

26、快速反饋機(jī)制：高頻射線探測器與ct快速三維成像技術(shù)的有機(jī)結(jié)合保證了對動態(tài)試驗(yàn)全過程的實(shí)時(shí)投影成像；

27、4、?廣泛的應(yīng)用范圍：跨學(xué)科研究支持：該裝置適用于多個(gè)領(lǐng)域，包括但不限于材料科學(xué)、化工、能源等，例如，在石油開采中模擬油井內(nèi)部狀況；在航空航天領(lǐng)域研究發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)的動態(tài)過程；或者在生物醫(yī)學(xué)中分析血管內(nèi)的血流動力學(xué)特性；

28、優(yōu)化設(shè)計(jì)工具：通過對不同條件下材料行為的研究，可以幫助工程師們改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)，開發(fā)出性能更優(yōu)的新材料和新工藝；

29、5、系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)：緊湊且模塊化：將多場控制射流試驗(yàn)設(shè)備與ct快速三維成像系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，形成一個(gè)完整的測試平臺，這種集成化的設(shè)計(jì)不僅節(jié)省空間，還便于運(yùn)輸、維護(hù)和擴(kuò)展功能；

30、易于組裝與拆卸：關(guān)鍵組件如多孔板、射流通道等均采用可拆卸連接方式，方便更換和清潔，延長了設(shè)備的使用壽命；

31、綜上，本發(fā)明所述的適用ct快速三維成像的多場控制射流試驗(yàn)裝置，結(jié)合了先進(jìn)的成像技術(shù)和精密的控制系統(tǒng)，提供了一種強(qiáng)大的工具來研究復(fù)雜多相流動現(xiàn)象，不僅具備高精度、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，而且應(yīng)用范圍廣，對于推動相關(guān)領(lǐng)域的科研工作具有重要意義。

32、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。