疏水表面减阻环带实验研究

针对疏水功能材料在流动减阻方面的应用, 选取典型不同粗糙度、不同疏水性的功能涂层表面, 通过新型环带实验研究了其阻力特性, 并获得了相应的扭矩和减阻率曲线. 实验采用测量圆盘带动环带旋转时的扭矩的方法间接计算环带表面所受的摩阻, 突破了传统微管道实验在尺度上的限制, 避免了水洞实验中影响因素过多的弊端, 对疏水材料的宏观应用有着重要意义. 实验证实了在宏观尺度下疏水涂层在低雷诺数时的减阻作用; 但在高雷诺数时, 减阻作用减弱, 甚至部分涂层有增阻作用, 而压差阻力的迅速增大是造成增阻的主要原因. 通过对比分析认为: 低雷诺数时, 疏水特性对于减阻效果影响更大; 而高雷诺数时, 粗糙度起更大作用, 甚至可能起到增阻的反效果. 关键词： 疏水表面 环带实验 粗糙度 减阻     

沟槽壁面减阻机理实验研究

利用IFA300型热线风速仪,测量了光滑壁面和沟槽减阻壁面湍流边界层内的瞬时速度,利用自行设计的阻力天平仪测量了壁面摩擦力。得到了边界层无量纲速度分布和平均湍动能分布。对测得的脉动速度信号,利用离散正交小波变换按时间和尺度分解,得到各尺度分量的湍动能,并且发现其分布在湍流惯性区具有极大值。分析表明,当沟槽有减阻效果时,边界层内的平均湍动能减小,湍流惯性区各分量的湍动能极大值亦减小。     

电子束注入简单磁镜中被电子迴旋共振加热捕获的实验研究

在简单磁镜MM-2中,在采用15GHz大功率迴旋管进行电子迴旋共振加热(ECRH)的同时,以不同的方式向磁镜中注入电子束,进行了ECRH捕获电子束的实验研究。结果表明:由于电子束的提前注入,等离子体的预电离时间被大大地缩短。由上ECRH对电子束的捕获,使得热电子环参数得到很大的改善,热电子环的反磁β值约增加62%,对应反磁增加的捕获效率约为(30—40)%。在迴旋管输出约30kW的条件下,适应建立热电环的气体压力窗为(4.67—21.3)×10^-4Pa。 关键词：     

旋成体表面防热的发汗冷却控制及其数值模拟

研究高超声速旋成体表面防热的发汗冷却控制系统,除去得到与平面情形相当的临界发汗通量之外,还得出另一个较小的第二临界发汗通量.当发汗通量介于这两个临界发汗通量之间时,表面虽将出现烧蚀,但烧蚀会自动停止,留有剩余厚度.还进行了数值模拟,给出各种特性曲线;详细讨论了对热层表面烧蚀控制的三种方式:表面温度的控制、表面烧蚀量的控制和表面烧蚀开始时间的控制,给出控制变量选取的准则.     

基于微空泡效应的疏水性展向微沟槽表面水下减阻研究

超疏水表面在水下的减阻效果随着来流冲刷时间的增加会逐渐减小甚至会出现粗糙增阻的现象,而这种现象的本质在于超疏水表面裂隙中驻留的气相结构在来流的作用下会不断地从表面脱离.针对超疏水表面的裂隙中驻留的气相结构在水下不稳定的情况.本文通过对表面微结构的设计,利用疏水性展向微沟槽结构使驻留在沟槽内部的气相结构被相邻沟槽间的脊状结构挡住,从而不能轻易的被水流冲刷掉.实验结果表明该表面不仅能使气相结构在表面微结构内稳定驻留,而且基于稳定驻留在表面结构内的气相结构,在来流作用下会有新的气相结构生成.虽然表面上不稳定的气相结构会随流速的增加而加剧地脱离表面,但是可再生的气相结构能够补充由于冲刷从表面脱离的气体.最终在固/液界面间构建相对稳定的气模.通过粒子图像测速系统(PIV)对近壁面流场进行分析,可得到大于15%的速度滑移量.     

加热球体入水空泡实验研究

基于高速摄像方法,开展了17—800°C范围内不同温度球体垂直入水实验研究.呈现了随球体温度变化所产生的复杂入水现象:在1.5 m/s入水速度条件下,实验所采用的室温球体不能产生空泡,当球体温度为300°C时空泡生成,增加到400°C空泡消失,继续提高温度至700°C空泡再次形成.根据传热学与流体动力学理论,分析了温度与速度变化对空泡形成的影响机理.结果表明随着温度的升高,球体与水之间的传热效率与传热方式发生改变,汽化生成的汽泡和蒸汽膜改变了周围流体流动的湍动性和球体表面的粗糙度、疏水性,这些变化均会影响空泡的形成;在1.5—3.8 m/s入水速度范围内,当球体具有较高温度时,能否形成入水空泡主要与球体的传热性能有关,速度的提高增强了球体与水的传热效率,使高速入水条件下的较低温度球体同低速入水条件下的较高温度球体入水现象相似,速度本身仅对生成空泡的形态有所影响.     

具有微型沟槽结构旋转圆盘减阻的实验研究

建立了开式旋转圆盘系统减阻实验平台,对圆盘螺线沟槽减阻进行实验研究,并可以结合数值研究手段对微型沟槽减阻的机理进行研究。实验结果表明圆盘开槽面积为7.4%时,螺线微型沟槽使得旋转圆盘的最大减阻率达6.1%,V型沟槽两侧的压力差所产生的正扭矩是其减阻的主要原因。沟槽还能起到提高圆盘内径与外径处的静压差的效果。研究结果还表明,采用和平板减阻相同的无量纲尺寸的沟槽会引起圆盘表面的剪应力较大增加。     

边条翼后掠角对钝头细长旋成体非对称流动的影响

为探究大迎角时边条翼前缘后掠角对钝头细长旋成体导弹绕流特性的影响,开展了模型表面测压和粒子图像测速的风洞实验,研究了亚临界Reynolds数Re=150000、迎角α=50°条件下不同前缘后掠角固定边条翼的钝头细长旋成体非对称绕流特性.结果表明,在边条翼上游区,后掠角增大使边条涡涡位更靠近前体物面且对称性更好,导致前体...     

液滴撞击加热壁面传热实验研究

本文采用高速摄像仪对水滴和乙醇液滴撞击加热壁面后的蒸发过程进行了实验观测, 分析了液滴撞击加热壁面后的蒸发特性参数. 实验中, 两种液体初始温度均为20 ℃, 不锈钢壁面初始温度范围为68-126℃. 水滴初始直径为2.07 mm, 撞击壁面时Weber 数为2-44; 乙醇液滴初始直径为1.64 mm, Weber数为3-88. 结果表明, 液滴受到重力、表面张力及流动性的影响, 在蒸发过程的大部分时间内, 水滴高度持续降低而接触直径几乎不变; 蒸发后期, 液滴发生回缩, 水滴的接触直径、高度和接触角出现振荡现象. 乙醇液滴的接触角随时间的增加呈现先减小随后保持不变的趋势, 而接触直径和高度则持续减小, 直到液滴完全蒸发. 液滴蒸发总时长与液体物性和壁面温度有关, 随壁面温度的升高而减小, 与液滴撞击壁面时的Weber 数无关. 同时, 随着壁面温度的升高, 液滴显热部分占总换热量的比重增大, 显热部分能量不可忽略, 本文实验条件下得到水滴的平均热流密度为0.014-0.110 W·mm^-2.     

利用高频电磁场加热流体的实验研究

介绍了利用高频电磁场加热流体的实验。其原理是利用铁磁质在高频电磁场中和生涡流的热效应,当流体通过被加热的铁芯后进行热交换,实现了对流体进行动态加热。     

低温加热釜系统设计与实验研究

传统的蒸汽加热釜在加热糖料时,易产生焦糊现象。在此基础上,开发了一种偏心式低温加热釜,设计一套控制系统,并对该低温加热釜在工业中的应用进行实验研究。实验表明,新型偏心式低温加热釜结构简单,可实现加热层中流体温度不超过85℃时料液温升不低于1.5℃/min的要求,同时可实现恒温、低温、控温和节能功能。     

水下摄影反向散射的研究与实验

由于水中光传输的特殊性,特别是水对光的反向散射,使得水下摄影的成象质量大大低于陆地摄影成象质量。本文从衬度的角度出发,着重讨论了水下摄影中反向散射对成象质量的影响,并比较了不同照明方式对摄影结果清晰度的影响,从而得出窄光束光源照明对提高摄影图像的衬度是大有好处的结果。 本文提供了一些理论分析和初步的实验结果。     

水下蛙人被动探测技术实验研究

为了探测携带呼吸器的水下蛙人目标,实验研究了蛙人呼吸辐射声信号的基本原理,提出了基于蛙人呼吸周期性特征的水下蛙人被动检测方法。水池实验获得了蛙人呼吸的周期性声信号,论证了被动探测的可行性。由于蛙人呼吸声信号所具有的显著频带,所以分别利用了带通滤波法和匹配滤波法获取周期信号的包络,并提取包络信号频谱的四类特征用于判决。三亚湖试结果表明:四类特征对蛙人的探测距离存在差异,最远能在40 m附近检测到蛙人,并且匹配滤波法的检测性能明显优于带通滤波法。结论:受限于辐射源的能量级,被动方法对蛙人的探测距离有限。     

水下翼型结构流噪声实验研究

为测量流激水下翼型结构的流噪声,提出了一种混响箱测量方法。在重力式水洞中搭建了一套实验测量系统,利用混响箱法测量了水下翼型结构模型的辐射声功率。在此基础上研究了流速及结构参数(厚度、肋、声学覆盖层)对其辐射声功率的影响。结果表明:当流速小于5 m/s时,辐射声功率随流速的6次方增长,符合偶极子的辐射规律;当流速大于5 m/s时,辐射声功率随流速的10土1次方规律增长,不再按偶极子的规律辐射;若对水下翼型结构模型加厚、加环肋及外部敷设黏弹性材料,均可在一定程度上抑制流噪声。此研究方法可对水下复杂结构的辐射声功率测量及结构优化设计提供一定的参考。     

水下蛙人被动探测测向实验研究

为了对携带开式呼吸器的水下蛙人进行被动探测,本文采用四个水听器组成的十字阵在浅海水域对水下开式蛙人进行了被动探测、测向实验。结果表明:蛙人辐射噪声具有周期性特征,其周期与蛙人的呼吸频率有关;另外,蛙人呼吸辐射噪声具有显著频带,并且其频带与蛙人携带的呼吸器有关。根据蛙人辐射噪声的显著频带和周期性特征,设计信号处理算法实现了对蛙人的被动声学探测识别。使用互相关方法处理一对水听器的接收信号,可以确定蛙人的方位,但是根据理论分析会出现一个假方位。对比十字阵中两对水听器的测向结果可确定蛙人的准确方位。     

仿生射流孔形状减阻性能数值模拟及实验研究

针对横流中的侧向射流能够减小仿生射流表面摩擦阻力问题, 建立仿生射流表面模型, 利用SST k-ω湍模型对不同射流孔形状的仿生射流表面模型进行数值模拟, 并对数值模拟结果进行了实验验证. 结果表明: 当射流孔的流向长度和展向长度不变时, 3号模型的折线形射流孔减阻效果最好; 将折线形射流孔简化为圆弧形, 当r=3–5 mm时, 减阻率随着射流速度的增大而增大, 当r=4 mm时减阻效果最好, 最大减阻率为9.51%. 减阻原因: 通过射流孔向横向主流场中注入射流流体, 改变了射流表面附近边界层的流场结构, 使得边界层黏性底层厚度增加, 垂直于射流表面的法向速度梯度减小, 从而减小了壁面剪应力; 低速的射流流体被封锁在边界层内, 降低了高速流体对壁面的扫掠, 达到了减阻目的.     

底部加热空气层自然对流的可视化实验研究

本文对底部加热的水平空气层的自然对流换热进行了可视化实验研究,采用实时全息干涉照相技术获得了温度场的激光干涉图及流场的烟可视化图象。实验结果表明,这种水平空气层自然对流换热是非稳态的,并且在空间上是三维的。     

微通道局部加热气泡动力学实验研究

实验研究了在水平放置的低高宽比聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)微槽道(300μm×60μm)内的局部位置给予恒定热流密度条件下气泡的核化沸腾、生长和运动情况,实验中的工质采用FC-72,并用真空泵抽至室温下的饱和气压。研究发现微通道内起始沸腾需要比常规槽道更大的壁面过热度,液体流量和加热速率对气泡的生长和运动有很大的影响。     

食用油加热后荧光强度变化的实验研究

食用油经过长时间高温加热后,不仅营养成份破坏,而且生成对健康有害物质.本文报道了几种精炼油加热后的激光诱导荧光强度的变化与加热时间及温度的关系.     

水下轨道角动量态传输特性的实验研究

通过实验方法研究轨道角动量(OAM)态水下传输特性。首先搭建OAM态水下光通信系统,然后通过OAM态展开谱和接收到的初始及其相邻OAM态概率变化曲线来研究其水下传输能力。实验结果表明:随着盐度的增加,初始OAM态的概率明显降低;相邻OAM态的传输概率随着拓扑荷间隔的增加而减少。