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。     

激光测速频移量的选择准则

本文简要介绍了在激光测速中应用声光调制技术的原理,着重讨论了光-电子学混合式频移系统的频移设置关系和准则,并结合TSI激光测速系统进行了分析。     

高超声速流场激光测速技术研究进展

高超声速气流条件下飞行器内/外部流动中存在强湍流及脉动、边界层转捩、激波-边界层干扰和高温真实气体效应等耦合效应,表征该非定常流动现象对飞行器气动力、气动热以及目标光电特性等产生的影响是高超声速流动研究中的前沿课题.速度作为表征流动过程最重要的参数之一,准确的速度测量对于深入理解上述复杂流动-传输机理以及高超声速飞行器设计具有重要指导意义.文章针对高超声速流场速度测量中几种常用的非接触式激光测试技术进行了综述,主要包括基于空间法的粒子图像测速,基于激光吸收光谱、激光诱导荧光和瑞利散射的多普勒测速,基于飞行时间法的分子标记测速,以及基于流场折射率的聚焦激光差分干涉测速技术.首先简要介绍每种激光测速技术的基本原理,然后进一步介绍该技术在高超声速自由流、层/湍流边界层、激波/边界层干扰、尾流或其他复杂流动区域的速度及其脉动度测量等方面的典型应用,分析各种技术环境适用性及面临的局限性和挑战.最后对基于激光技术的高超声速流场速度测量进行了总结及发展趋势展望.     

应用共轴型二维激光测速系统测量孔板管流的湍流特性

本文发表了一种共轴型二维激光测速系统,可同时测量由三束入射光组成的平面内的二维速度分量。讨论了主要的测量误差并提出了一种修正共轴分量角度偏差的方法。应用该系统详细测量了单孔板和双孔板管流的轴向和径向平均速度。湍流度和雷诺切应力分布,表明来流条件对孔板下游的湍流特性有强烈影响。     

方形管道中湍流水流某些特征的激光多普勒法测量及其与圆形管道的对比

用激光多普勒测速法测量了雷诺数从4.76×10~3到4.76×10~4的矩形管道中的湍流水流。其结果与相同雷诺数时的圆形管道的流动就某些流动特征进行了对比。引人注目的是,在矩形管道内速度分布更“平坦”,且随雷诺数的增加而强烈地趋向更加均匀,湍流强度也比圆管流动的大得多。在横截面的中线上,对四种不同雷诺数所得的速度分布数据与普适的湍流速度外部定律有较好的符合。为了保持湍流的功率谱以及减小频带加宽,在测量仪器方面使用了某些技术。由Berman和Dunning所给出的有关速度梯度加宽的效应的式子也从本测量中得到了实验数据的支持。     

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     

《流体动态测量及其应用国际会议》(ICFDMA)第一次征文通知

经国家教委批准,《流体动态测量及其应用国际会议(简称ICFDMA)》定于1989年10月25-28日在北京举行。会议由清华大学负责筹办。会议内容包括流体动态测量的新技术迸展及其在各方面的应用,主要范围如下:1.动态流动测量的基础性研究;2.激光多普勒测速,激光双焦点测速及其在湍流     

沟槽面湍流边界层结构实验研究

应用激光测速技术和氢气泡流动显示技术对沟槽面湍流边界层特性及近壁区拟序结构特征进行了精细的测量和观察。实验结果表明：与光滑面湍流边界层相比,沟槽面端流边界层的黏性底层厚度、过渡层厚度及流速分布对数公式中的积分常数C均有所增大,说明采用的沟槽面具有减阻特性。此外,无量纲低速带条间距明显减小,最多减小20%,说明无量钢低速带条平均间距的缩短与湍流减阻密切联系。     

实验研究湍流附面层分离

本文应用二维激光多普勒测速技术和压强探针测量了二元非对称曲面扩张通道内的湍流附面层分离,得到了时均速度、流动平均方向角、正反向间歇流动因子以及静压分布.实验结果表明:附面层沿高度方向存在着明显的压强差,并可用位移厚度曲率做二阶近似修正.分离附面层的位移厚度曲率极大值对应于间歇瞬时分离点.瞬时流动平均方向角与正反向间歇流动因子成线性变化.     

应用单色光的三维激光测速系统

本文发展了一种采用单色激光器的三维激光测速系统。四束入射光布置成等腰直角三角形,用一个前透镜聚焦。这种光学布置光能利用率高,并能适用于近壁处流速测量。当实验模型具有多层不同性质介面时,入射光仍能保持相交。为了分离三维速度分量,采用了频率分离和偏振分离技术。特别考虑了光轴分量的测量精度,提出了提高测量精度的一些方法。应用此系统测量了斜切尾钝体后部的三维平均速度和湍流度分布。     

明渠非定常水流的垂向结构实验研究

本文报告了明渠非定常水流垂向结构的实验研究,通过 LDV 激光测速,我们给出了非定常水流的速度削面,湍流度,Eulerian质量输运速度的垂向分布。实验结果表明:在非定常周期很长时非定常流动的速度剖面,湍流强度及其粗糙度的影响基本上与定常流动相一致,当非定常流动为纯往复流动时,存在一个逆时针方向的环流,这种环流有利于底部的质量输运。     

胀流型流体狭缝流流动增强现象研究

用激光多普勒测速法(LDV)测量了一种胀流型流体——107 胶溶液的狭缝流的速度剖面和近壁速度。在对 Poiseuille’s 流的公式作有关侧壁影响的修正后,将 LDV 的测量结果和总体参量测量结果结合,分析了该流动的增强的迹象和数量。表明用 LDV 详细研究流动增强现象是可行的。     

多普勒全场测速技术的进展

多普勒全场测速(Doppler global velocimetry)是一种基于分子滤波原理来测量散射光多普勒频移, 从而测量平面内流动速度场的技术, 主要应用于流体力学、空气动力学和燃烧学实验研究中, 尤其适用于较高马赫数流场测量. 研究人员也称其为平面多普勒测速(planar Doppler velocimetry)、吸收-滤波平面多普勒测速(Absorption filtered planarDoppler velocimetry), 滤波瑞利散射技术(filtered Rayleigh scattering)等. 本文对多普勒全场测速技术的工作原理、结构组成、数据处理、发展趋势等进行了比较全面的介绍.      

基于NPLS技术的可压缩湍流机理实验研究新进展

可压缩湍流机理的实验研究是一件难度很大的工作, 其主要的难度在于高时空分辨率的可压缩湍流结构非接触精细测试技术和低噪声的高速风洞设备技术. 近几年来, 由于在低噪声的超声速、高超声速风洞研究和可压缩流动精细结构测量技术研究方面取得的重要进展及其在可压缩湍流机理研究方面的应用, 超声速流动转捩与湍流的机理研究取得了较大的进展. 本文介绍了最近几年高速流动非接触精细测试技术, 尤其是基于纳米粒子的平面激光散射技术(nano-tracer planar laser scattering, NPLS)、背景导向纹影技术(background oriented schlieren, BOS) 和超声速流场的粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)的研究进展和发展前景, 以及基于这些技术, 在可压缩湍流机理实验研究方面的进展和发展前景, 其中包括在超声速混合层转捩、超声速绕流与尾流结构、超声速边界层转捩、激波边界层干扰等典型流场的机理研究方面, 以及气动光学机理研究方面的研究进展. 最后, 展望了目前湍流机理实验研究对湍流工程模型研究的可能贡献.      

反射式全光纤激光测速法在气炮实验中的应用

建立了用于一级轻气炮弹速测量的全光纤激光光束反射测量系统(All Fiber Optical Beam Reflectance简称AFOBR)，进行了弹速动态测量实验，并与传统的电探针测速技术进行对比。结果表明：与传统的电探针测速技术相比，AFOBR测速系统具有较高的测速精确度和可靠性，其速度测量的相对扩展不确定度小于等于0．5％。     

激光陀螺数字直流稳频系统设计

从激光陀螺稳频原理出发，分析了交流稳频和直流稳频的异同。设计实现了激光陀螺数字直流稳频系统，分析了控制系统的稳定性和误差并做了数字算法实现。最后试验验证了该系统的稳频性能，得到了优于交流稳频的效果。     

激光测速数字相关信号处理器的研制

激光多普勒测速是当代流速测量技术中最具有实用价值和得到广泛应用的技术。多普勒信号处理器在整套测速系统中起着十分关键的作用。为赶超国际先进水平，本文作者独立研制开发出一种新型信号处理器。该处理器采用数字相关原理，对每个多普勒波群直接完成波群检测和自相关处理，得到其频率值。处理器与微机组成一体，各种参数的设置和控制全部采用软件。实测和应用表明，该信号处理器具有抗噪声能力强、功能完善、结构紧凑、成本低等优点，为实现智能化的信号处理和数据处理结合的激光测速系统创造了条件。     

雷诺数对湍流特性的影响

主要对近年来关于雷诺数（Ｒｅ）对湍流特性的影响的研究进行了回顾．研究表明除径向偏斜系数和平坦系数分布外,确实存在一个不受Ｒｅ数影响的区域,但对于不同的物理量这一区域的范围是不同的,即使是同一物理量不同研究者的结果亦不尽相同,显示了近壁区流动的复杂性和测量的困难,激光测速技术（ＬＤＶ）由于其具有测量精度高、不干扰流场、空间分辨率细等优点,近年来广泛地应用于对湍流,特别是对湍流近壁区流动特性及Ｒｅ数对湍流统计特性影响等的精细测量,随着ＬＤＶ自身及其它相关测试技术的进一步改进,ＬＤＶ在了解湍流产生机理、能量转换等方面发挥着越来越重要的作用．     

圆管过渡流态的间歇因子

用激光测速方法研究圆管流动的湍流间歇现象．实验表明,间歇湍流首先在管壁发生,逐渐向下游扩张．随着雷诺数的增加,间歇因子γ＝０．５的转捩界面逐渐向入口推移,一直到Ｒｅ＝９８８７,整个管流才变成间歇湍流和充分湍流     

基于激光干涉测试技术的分离式Hopkinson压杆实验测试系统

分离式Hopkinson压杆（SHPB）实验的传统测试技术是基于应变片的电测技术,测试结果的可靠性强烈依赖于应变片与杆之间粘贴质量,受到人为因素的影响较大。本文中采用基于多普勒频移原理的双探头全光纤激光干涉测速技术,以粒子速度为监测目标,借助应力波传播理论,换算成试件的应变和应力,从而建立了SHPB实验的非接触光学测试系统。针对韧性和脆性两类材料,分别提出了激光正入射和激光斜入射两种测试技术。再以铝合金和PZT陶瓷为例,通过与传统的应变片测试结果以及DIC测量结果的对比分析,验证了两种测试技术的有效性。与传统的应变片测试技术相比,新的激光干涉测试技术具有免标定、抗干扰、可靠性高等许多优点,有助于实现SHPB实验测试系统标准化。