应用频移激光测速系统测量高湍流度迴流流动

本文介绍了一种对方向敏感的频移激光多普勒测速系统。采用两个声光器件获得所需的频移量。在雷诺数2750到8250范围内,用此系统测量了平面二维单边阶跃扩张管道中的高湍流度迴流流动。通过模拟法和数字法处理数据,得到了迴流区的平均速度和湍流度分布,还从数字数据处理器得到了速度概率分布和概率密度函数。结果表明,频移激光测速系统可以成功地用于各种复杂的流动,如高湍流度流动、迴流流动和交变流动的测量。     

大湍流度高雷诺数时并列双圆柱的平均和脉动压力分布

本文通过风洞实验研究了来流湍流度,Iu=10％雷诺数分别为Re=1.95×10~9和Re=6.5×10~5时单个圆柱和不同间距比下并列双圆柱的平均和脉动压力分布。结果表明:在Re=1.95×10~5时单个圆柱的平均压力分布类似于低湍流度高超临界雷诺数时的压力分布;当雷诺数增大至6.5×10~5时,绕圆柱表面流动的分离点前移和背压绝对值提高,总的阻力系数随之增加。并列双圆柱的间距比变化对圆柱表面压力分布影响很大,在极小间距比(N/d=1.05)时,双圆柱间的缝隙流使附近柱面产生高达-5的压力系数峰值(Re=6.5×10~5),同时脉动压力也大为增加;在较小间距比时(1.5     

双差动声-光频移二维激光测速系统及其应用

我们研制了一种双差动声-光频移二维激光测速系统。全套系统由偏振分离二维光路、双差动声-光频移装置、信号和微机数据处理系统等组成,具有功能广、信噪比较高、信息利用率高等特点,为测量二维复杂流动提供了比较完整的技术和手段。应用此系统测量了非对称突扩管道和气流绕矩形障碍物上下游的二维湍流分离流场,得到了二维平均速度、湍流度、雷诺应力分布以及速度概率密度函数和湍流功率谱等流动参数。实验雷诺数对非对称突扩水流为Re_H=5900,对绕障碍物气流为Re_H=4500。     

管道内差压驱动机器人相关流场数值模拟研究

管道内流场对机器人的驱动力是设计管内机器人外形尺寸的基本依据,本文用数值方法计算了管道内检测机器人所受的差压驱动力。在合理提出一些基本假设后,用一阶迎风和中心差分格式离散管道内检测机器人附近流场的控制方程,用SIMPLE算法求得了不同入口流速下机器人附近的流场分布,以及流场对机器人的驱动力。结果表明雷诺数为1875时,机器人下游流场变为湍流;当雷诺数为60000时,机器人下游流场变为非定常流,出现周期性流动;计算数据还表示驱动力只与管内平均流速有关而与运行压力无关。     

管道凸起激波/湍流边界层干扰的数值模拟

采用基于部分平均的湍流方程组,模拟了管道凸起流动中两种不同强度的激波-湍流边界层干扰现象,对流场的时均参数与实验值进行了比较,计算得到的壁面压力分布、摩阻系数分布、边界层厚度和速度型与实验值比较吻合很好.结果表明基于部分平均的湍流方程组既能够准确模拟小分离的激波/湍流边界层干扰流动又能够准确模拟大分离的激波/湍流边界层干扰流动,较好地预测了典型的λ激波结构.     

S形管道中三元粘性气流的分析和数字解

本文给出了矩形截面的s形弯曲管道中气流的三元紊流数学分析和对不可压缩情况进行的数字解结果。研究中将三元粘性紊流看作半抛物线形式。在所取的正交曲线坐标下进行数字计算时,能将方程式方便地从s形管道第一弯段的气流转换到第二弯段。因而可使每次迭代从s管道的进口算到出口。本文中应用了两微分方程的紊流模型,即紊流动能与它的耗散率。计算得到的壁面静压分布及出口截面的静压和三向速度分布与实验数据作了比较,结果是满意的。     

煤粉在直管和弯管中输送的压力损失

本文是在分析颗粒运动的基础上,应用量纲分析,得到气粉在管内流动时的摩擦系数关系式.试验是在负压式气粉试验系统中进行,测量气粉在输送管道内的压差后,得到雷诺数在4.68×10~4-2.41×10~5、因气质量比在0.1—0.9的范围内,煤粉在垂直管、水平管和90°弯管内的摩擦系数λ_s 和压力降的经验计算式.     

矩形截面直管中的振荡流动

通过解析求解纳维尔-斯托克斯方程,本文给出了矩形截面直管中的层流振荡流动解。该解适用于不同的截面高宽比r和不同的振荡流动雷诺数。对典型的r和λ(雷诺数的平方根),给出了振荡流动速度的振幅比和相位差的等值线分布以及振荡流动速度随时间的变化,可以看出流动的速度分布如何从低频高粘性类型向高频低粘性的边界层流型逐渐变化;也可以看出管的边壁和角部对振荡流动的影响。当振荡频率ω为零时,本文结果即成为通过矩形截面定常管流的Stokes解。     

空泡流粘性效应研究

我们用激光多普勒技术(LDV)对钝头圆柱体、带小槽1.5度卵形头回转体、带背阶半球头回转体的绕流进行了测量。试验在600×600mm~2水洞中进行,雷诺数从0.75×10~5到6×10~5。给出了平均速度和脉动速度均方根值的分布并做了脉动速度的功率谱。得出了与过去热线流速计测量结果略有不同的结论。并且通过小槽内流动的测量对空泡的产生进行了分析。此外,本文提出一种捡测流动转捩现象的方法,用此法的实验结果与前人一致。     

竖直管道中固—液两相流动流态化实验探讨

主要探讨竖直管道中不同颗粒级配、流体流速条件下的固-液两相流动的流态化规律.首先通过量纲分析获得关键控制参数,然后以玻璃珠(粒径:0.25 mm～2.0 mm)、粉细砂(d10=0.044 mm)两种固体和水为实验介质,开展了两相流动流态化实验,考虑流体流速(相对于管道雷诺数介于640～3 300之间)和颗粒级配的影响.通过分析发现:具有均匀粒径分布的玻璃珠床,床层膨胀高度随流速的增加而增加,流速与浓度的对数呈线性关系,与Richardson--Zaki公式一致;具有较宽粒径分布的粉细砂,细颗粒随水流逐渐流出管道,剩余颗粒质量与雷诺数呈指数递减趋势.     

弯曲槽道中湍流脉动的双点激光多普勒相关测量

应用双点激光多普勒测速装置对弯曲槽道中充分发展的湍流进行了相关测量，流动的雷诺数为５０００左右（以槽道中心速度为特征速度，以半槽宽为特征长度）．通过同时测量双点的瞬时流速，得到流向脉动速度沿流向、展向、横向的空间相关系数曲线，并应用条件采样技术（ＶＩＴＡ）对实验数据进行了分析     

用平均速度剖面法测量壁湍流摩擦阻力

用IFA300恒温热线风速仪精细测量风洞中不同雷诺数流动条件下的平板湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面．利用平板湍流边界层近壁区域的对数律平均速度剖面与壁面摩擦速度、流体黏性系数等内尺度物理量的关系和壁面摩擦速度与壁面摩擦切应力的关系,在准确测量平板湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面的基础上,测量平板湍流边界层的壁面摩擦阻力．实现了平板湍流边界层壁面摩擦阻力的无干扰或微小干扰测量．该种方法操作简便,不需要在流场中安装测力天平、传感器等复杂的测量装置,不需要对湍流边界层的壁面进行破坏,不会影响湍流边界层壁面附近区域原有的流场条件,是一种切实可行的测量平板湍流边界层壁面摩擦阻力的简便方法．     

矩形槽道内表面活性剂减阻流体流场特性

采用粒子图像测速仪对矩形槽道内表面活性减阻流体在流动方向(x方向)与壁面垂直方向(y方向)所在平面的流场进行了测量,分析了速度、涡量、速度脉动相关量在流场内的瞬态分布,以及对500幅相同工况的流场进行了统计平均. 结果显示: 与牛顿流体相比, 表面活性剂减阻流体接近于层流流动,横向速度脉动被大幅减弱,导致湍流输运减弱,雷诺应力远远小于水. 减阻流体流向速度脉动呈条带特征,沿流动方向发展,反映了减阻流体不同于水的湍流输运特征.      

矩形槽道内表面活性剂减阻流体场特性

采用粒子图像测速仪对矩形槽道内表面活性减阻流体在流动方向(x方向)与壁 面垂直方向(y方向)所在平面的流场进行了测量,分析了速度、涡量、速度脉 动相关量在流场内的瞬态分布,以及对500幅相同工况的流场进行了统计平均. 结 果显示: 与牛顿流体相比, 表面活性剂减阻流体接近于层流流动,横向速度脉动被大幅 减弱,导致湍流输运减弱,雷诺应力远远小于水. 减阻流体流向速度脉动呈条带 特征,沿流动方向发展,反映了减阻流体不同于水的湍流输运特征.     

利用修正低雷诺数k—ε模型对管道分离流动的数值研究

采用适合于分离流的修正低雷诺数ｋ－ε模型对突扩园管中的流动进行了数值研究，重点是对近壁流动和再附着点附近流动的研究。从理论上证明了所采用的湍流模型既满足近壁渐进行为，又避免了在通过再附着点截面上μｔ恒为０的困难。和已有的实验数据比较表明，所采用的模型对再附点位置及其附近的流动预测能力优于普通低雷诺数ｋ－ε模型。     

挠率对螺旋管道内二次流的二阶效应

本文用螺旋坐标系和摄动法研究了在螺旋管道内的低雷诺数(R<17/(8~(1/2)))不可压缩流体的定常粘性流动,给出了完全的二阶摄动解。结果表明管道挠率在二阶摄动解时对二次涡有偏转和扭曲效应。本文还发现当雷诺数从很小值逐渐增大时,两次涡位置发生由左右相对到上下相对的有趣旋转。     

气泡-水流两相流的激光多普勒法测量

为区分激光多普勒稀态两相流动测量中出现的流体相信号和颗粒(气泡、液滴)相信号,本文提出可见度和基座的复合判别法,并设计了专用的信号预处理器,此预处理器能将原始多普勒信号分为两路,分别代表两相,并可用计数型信号处理器测量每路的速度及其它统计量。使用本方案对矩形管道內低速气泡-水两相流的实验和测量表明,对两相的区分和测量是成功的。文中给出了两相速度、湍流度和气泡滑移速度的测量结果。     

应用脉冲热线技术测量含回流的高湍流流动

阐述脉冲热线测量原理、探针结构与数据处理方法；在实验雷诺数Ｒｅｃ＝６．６７×１０＾５时，用脉冲热线技术定量测量了 由楔形体模型产生的含回流的高湍流流动，得到了壁面切应力、流向时均速度、回流因子、脉动速度、偏斜因子和平坦因子等重要参数，提示了分离泡流动结构与特征。     

低雷诺数沟槽表面湍流/非湍流界面特性的实验研究

湍流/非湍流界面是流动中湍流和无旋流的边界,其相关研究在加深对湍流与无旋流之间的物质、动量和能量交换的理解有重要意义.本文采用时间解析的二维粒子图像测速技术,分别对零压梯度光滑、顺流向锯齿形沟槽表面平板在不同雷诺数下对湍流/非湍流界面的几何特征及动力学特性进行了实验研究.实验雷诺数为$Re_{\tau } =400\sim1000$.本文采用了湍动能准则对湍流/非湍流界面进行了识别,并分析界面高度分布、分形特征及界面附近的条件平均速度和涡量.结果表明在不同雷诺数下, 无论是光滑壁面还是沟槽壁面,界面平均高度在0.8 $\sim$ 0.9$\delta_{99} $附近. 对于沟槽壁面而言,减阻时对应的界面高度的概率密度分布与光滑壁面基本一致, 均遵循正态分布,而当阻力增大时, 界面高度分布偏离正态分布出现正的偏度. 在本实验情况下,界面分形维度、跨界面速度跳变均会随着雷诺数增大而增大. 此外,不同壁面情况下无量纲条件平均涡量在界面附近的分布相近,而界面附近无量纲速度梯度最大值近似为常数.      

矩形对流槽空间非均匀加热的PIV研究

本文的研究对象是一个宽高比分别为0.99和0.25,以水为对流介质的矩形Rayleigh-Bénard(RB)湍流热对流系统,通过改变下导板加热片输入功率的空间分布,使空间非均匀加热强度δ等于0, 1/6, 1/4, 1/3,研究空间非均匀加热对湍流流动结构的影响.实验中Rayleigh数(Ra)从1.8×109变化到9.1×109,Prandtl数(Pr)固定为5.4.结果表明,非均匀加热提高了流体流动速度,并使羽流向边壁附近聚集,从而增强了系统的整体热输运效率.