两相流PIV粒子图像处理方法的研究

本文在单相PIV技术的基础上研究了两相流动PIV图像处理方法，采用摸板匹配法和灰度加权标定法对两相粒子进行了识别、区分和标定，采用灰度互相关法对区分后的单相粒子图像进行了处理，应用基于以上方法编制的Windows应用软件，首先对由美国Minnesota大学复杂流动实验室提供的两相流动粒子图片进行了处理，通过对比分析可见，应用本文所采用的方法能对两相粒子进行有效的识别和区分，然后以搅拌槽内液固两相流场为例对此方法进行了应用。     

激光多普勒测速技术在气液两相流中的应用

本文采用激光颗粒动态分析仪(PDA)测量了钢包底部喷吹气液两相流中气泡的直径和气泡上升速度的分布;采用激光多普勒测速仪(LDA)测量了气液两相区和液体单相循环区液体速度场的分布。测量结果表明:气泡在脱离喷嘴上浮一定距离后,其大小基本保持不变;在气液两相区中,气泡速度和液体速度的分布均服从高斯分布;液体在单相区作循环流动,在侧壁与底部交接处,存在液体流动的“死区”。     

风沙两相流PIV测量算法研究

在风沙两相流图像特征的基础上，提出了一种基于模式识别动态聚类方法中$K$-均值 算法的数字面具(Digital Mask)自动生成算法来求解风沙两相流动. 简化了传统生成Digital Mask过程中手动设置参数的操作，减少了人为误差，为批量处理风沙两相流PIV图像提供 了一种安全快捷的方法. 并将该算法应用于风沙两相流的PIV实际测量，分别得到了不同流 动状态下的气流、沙粒以及风沙气固两相流的速度场.     

水平分布三气泡运动特性研究

为研究孔径、间距对三气泡运动特性的影响规律,本文利用高速相机和粒子图像测速仪观察三喷嘴气泡的运动过程,分析间距与孔径对三气泡的轨迹、速度、偏移量的影响,并与单气泡和双气泡进行对比,获得间距与孔径对气泡的影响规律以及流场对气泡的运动影响。实验结果表明,气泡数目的增多会使气泡运动轨迹更加复杂;气泡间距和孔径的增大或减小,对气泡的速度、流场、偏移量和运动轨迹都会产生影响。     

气液两相流理论与气幕降噪

气液两相流是广泛存在于工业过程中的复杂现象。本文将就气液两相流的理论、声学特性等方面进行综述,并对其在降噪方面的应用前景进行展望。     

气液两相流压力波传播速度研究

将双流体模型用于绝热无相的管道气液两相流,依据小扰动线化分析原理,导出了压力波波数Ｋ方程通过对不同空隙率下肉体上压力波小随角频率变化的计算,研究了虚拟质量力和狭义相间阻力对压力波波速及其人色散性的影响。对泡状流和弹状流压力波波速的计算结果与前人的测量结果作了比较,两者符合良好。     

气液两相瞬变流的流固耦合模型研究

传统的气液两相流瞬态分析和管道动力响应计算是分开的，存在一定的缺陷．针对石油工业中常见的多相混输问题，介绍了常见的气液两相流瞬态模型和流固之间存在的耦合机理，在不作薄壁管假设的前提下推导出了气液两相瞬变流的流固耦合模型．与现有相似模型的对比分析表明，这一模型比较全面地考虑了流体和管道的特性以及不同的耦合形式，可以适应实验和／或仿真研究的需要．     

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。     

水气两相流中稀疏气泡流动速度场的数字图像测量初探

由空压机提供的气体通过—排微小直径的喷嘴进入静止水体，形成水气两相流流场。在单相PIV和PTV技术的基础上，研究稀疏气液两相流情况下气泡的速度场分布。PIV算法采用快速傅立叶互相关分析法，而PTV算法需要获得每幅图像中每个气泡的形心，根据连续图像中的粒子对，计算速度。用PIV和PTV两种算法处理求出气泡的速度并对两种方法进行比较，其最终研究成果可应用于流体及多相流的流量测技术，提高我们进行低密度气液两相流相关研究的测量水平。同时为水气两相流的数值分析和理论研究提供流场测试的数据。     

气液两相绕流柱体时的涡街特性研究

本文以水空气两相流体为工质，研究了两相流体横向冲刷准三角形柱体时的涡街生成特性．试验段管子内径５０ｍｍ，水流速度２．２０ｍ／ｓ－３．７４ｍ／ｓ截面含气率为０．０２－０．３．得出了两相流体中涡街发生频率，水流量和截面含气率三者之间的相互关系。     

基于PIV测量的超声波流量计内流场特性研究

采用PIV(Particle Image Velocimetry)测量手段,考察了小口径超声波流量计的流动特性。首先针对前端安装直管段时,不同流量条件下的流场特性建立基本认识,实验结果表明,在低流量条件下,流量计内流场存在明显的不稳定演变和非定常流动特征。进一步以上游前端安装球阀为典型案例,考察了安装条件对超声波流量计响应特性和测量偏差的影响。结合直管段的实验观测结果,发现此种结构超声波流量计的适应性与其流场非定常性的关系具有很好的一致性,即流场结构稳定则适应性强。此外,综合多参数的实验结果表明,雷诺数是判断小口径超声波流量计测量准确性的重要无量纲参数。     

Particle image velocimetry （PIV） measurements of tip vortex wake structure of wind turbine

Large-view flow field measurements using the particle image velocimetry (PIV) technique with high resolution CCD cameras on a rotating 1/8 scale blade model of the NREL UAE phase VI wind turbine are conducted in the engineering-oriented Φ3.2 m wind tunnel.The motivation is to establish the database of the initiation and development of the tip vortex to study the flow structure and mechanism of the wind turbine.The results show that the tip vortex first moves inward for a very short period and then moves out...     

PIV速度场坏矢量的本征正交分解处理技术

介绍了一种针对粒子图像测速(PIV)基于本征正交分解(POD)的速度场后处理技术.该技术改变了现在后处理技术将速度场坏矢量识别和修正分开实现的局面,通过迭代方法有效地实现了速度场坏点统一的识别和修复算法.算法利用POD分解的低阶模态信息重构出可以用于坏矢量识别的参考速度场,利用该参考速度场对全流场进行坏点识别并完成修正.通过对一套光滑的PIV速度场数据引入高斯分布的随机误差,测试验证了该POD方法的优越性.在坏矢量识别方面新方法较归一化中值检验有更高的正确性,能识别大面积出现的坏矢量区域.在坏矢量修补的插值算法中,新方法的计算效率又高于传统Gappy POD方法,且计算精度优于常见的矢量场内插数学方法.特别是在数据缺失的大连通区域,该方法对物理流场有很好的预测效果.     

热毛细对流速度场测试研究

为了探索微重力状态下表面张力驱动流速度场的测试技术，本文在地面进行了模拟实验，对位于热壁下流体中气泡周围的表面张力驱动流进行了研究，并用ＰＩＶ技术测量了流场的速度分布．     

风压作用下房屋自然通风的PIV实验研究

为认识屋内流动结构和改善房屋自然通风效果,本文介绍了风压作用下大开口的房屋自然通风模型的风洞实验结果.首先通过表面压力分布测量得到了建筑物表面风压系数的分布规律,以此为依据选取合理的窗口位置.而后采用PIV粒子图像测速技术,对房屋模型内自然通风的流场进行定量测量,研究不同窗口大小和窗口位置对室内流场速度分布的影响;通过...     

提高PIV片光源质量的研究

根据高斯光束的性质,本文设计了一种利用普通连续激光器产生较高质量PIV片光源的光路系统。整个光路分为两部分,第一部分为原始光束优化光路,第二部分为片光分光光路。原始光束优化光路通过一系列凸凹透镜有序布置,将原来直径大于2mm的光斑在PIV实验区间控制到1mm以下。优化光路能有效集中激光能量,提高片光亮度。片光分光光路使用鲍威尔棱镜将激光光束分为扇形片光,再用平凸柱面镜将扇形片光汇聚为矩形片光。鲍威尔棱镜分得片光的能量在宽度方向分布较常规双凹柱面镜均匀。平凸柱面镜将扇形光源中分散在极宽区域的能量集中在固定宽度里,使得激光能量的有效利用率提高,有利于PIV实验。     

Turbulent flow past a bubble and an ellipsoid using shadow-image and PIV techniques

An experimental investigation on flow around an oscillating bubble and solid ellipsoid with a flat bottom was conducted. A single air bubble (equivalent diameter D_e=9.12 mm) was attached to a small disk (1 mm) at the end of a needle and suspended across a vertical square channel (100 mm) by wire wherein water flowed downward at a constant flowrate. The solid ellipsoid (D_e9.1 mm) was suspended across the square channel in the same manner. The equivalent diameter-based Reynolds and Eotvos number range, 1950<Re<2250 and 11<Eo<11.5, placed the bubble in the ‘wobbly’ regime while the flow in its wake was turbulent. A constant flowrate and one bubble size was used such that flow in the wake was turbulent. Velocity measurements of the flow field around the bubble or solid were made using a one CCD camera Digital Particle Image Velocimetry (DPIV) system enhanced by Laser Induced Fluorescence (LIF). The shape of the bubble or solid was simultaneously recorded along with the velocity using a second CCD camera and an Infrared Shadow Technique (IST). In this way both the flow-field and the boundary of the bubble (solid) were measured. The velocity vector plots of flow around and in the wake of a bubble/solid, supplemented by profiles and contours of the average and root-mean-square velocities, vorticity, Reynolds stress and turbulent kinetic energy, revealed differences in the wake flow structure behind a bubble and solid. One of the significant differences was in the inherent, oscillatory motion of the bubble which not only produced vorticity in the near-wake, but as a result of apparent vorticity stretching distributed the turbulent kinetic energy associated with this flow more uniformly on its wake, in contrast to the solid.     

Measuring turbulence in a circulating fluidized bed using PIV techniques

This study utilized the particle image velocimetry (PIV) technique, non-invasively near the wall, in the developing region, for the measurements of laminar and turbulent properties during circulation of Geldart B type particles in the U.S. Department of Energy (DOE) National Energy Technology Laboratory (NETL) riser. A novel method was used to measure axial and radial laminar and turbulent solids dispersion coefficients using autocorrelation technique.The instantaneous and hydrodynamic velocities for the solid phase were measured simultaneously in the axial and radial directions using a CCD camera, with the help of a colored rotating transparency. The measured properties, such as laminar and Reynolds stresses, laminar and turbulent granular temperatures, laminar and turbulent dispersion coefficients and energy spectra exhibited anisotropy. The mixing in the riser was on the level of clusters. The total granular temperatures were in reasonable agreement with the literature values. However, the axial and radial solids dispersion coefficients measured near the wall were slightly lower than the radially averaged values in the literature.