两相流场粒子成像测速技术(PTV-PIV)初探

在单相ＰＴＶ－ＰＩＶ研究基础上，研究液固两相流场粒子成像图像数字测速技术．首次用ＰＴＶ技术得到直槽道中液固两相流场二维瞬时全场两相流速分布．初步探讨了两相ＰＴＶ－ＰＩＶ技术中与单相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速技术的关键不同之处，提出两相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速采样的两相相容性准则．为深入研究两相流场粒子成像测速技术奠定了基础．     

粒子图像测速技术研究进展

粒子图像测速技术(PIV)作为一种全新的无扰、瞬态、全场速度测量方法,在流体力学及空气动力学研究领域具有极高的学术意义和实用价值.本文对PIV技术的原理、分类作了简要地介绍,详细归纳和评述了现有的各种速度信息的提取方法,并对拓扑图论、神经网络、遗传算法、模糊聚类等新技术在PIV中的应用以及三维PIV技术、两相流PIV测试技术进行了介绍.指出当前PIV技术除了向三维和多相流方向发展外,如何提高PIV的测量精度以及缩短计算时间仍然是目前研究的主要目标.PIV技术随着计算机技术、激光技术和CCD性能的发展,必将取得更大的发展与突破      

数字全息粒子图像测速技术(DHPIV)研究进展

全息粒子图像测速技术(DHPIV)是当前非常具有发展潜力的非定常三维流场测量技术,是一种具有点空间分辨力的三维空间三维速度场和时间历程的实验观测方法和技术. 本文介绍了该项技术(数字全息DH和粒子图像测速PIV)的发展背景和近20年来的研究进展,并介绍了已测得的非定常复杂流动的初步结果. 详细论述了DHPIV技术所面临的关键性问题和应用基础问题以及相应的进展:粒子空间场的重建与再现的空间分辨率问题、粒子定位或位移精度问题、信噪比和数字再现的光学与快速算法以及测量空间的扩展等问题.同时讨论了数字离轴全息等有关技术的潜力, 介绍了进一步的研究发展方向.      

Bingham流体在旋转圆盘上流动的数值解

导出了描述Ｂｉｎｇｈａｍ流体在旋转圆盘上流动的基本方程，用差分方法数值解薄膜厚度分布方程，得到二种类型的厚度分布。数值解分别和计算机磁盘的厚度分布，Ｊｅｎｅｋｈｅ等的实验结果定性一致。     

椭圆颗粒在剪切流中旋转特性的数值研究

研究颗粒在流体剪切作用下的运动特性是理解和预测颗粒悬浮流流动行为的关键.当流体的惯性不能忽略时,颗粒的运动往往变得非常复杂.本文采用格子Boltzmann方法对中等雷诺数下椭圆颗粒在剪切流中的旋转运动进行了模拟.首先,研究了雷诺数(0Re 170)的影响,结果表明当雷诺数低于临界值时,颗粒以周期性的方式旋转,角速度最小时对应的长轴方向随着雷诺数的增大而逐渐远离水平方向,而且这一倾角与雷诺数呈分段线性关系;当雷诺数大于临界值时,椭圆形颗粒最终保持静止状态,且静止时的转角与雷诺数呈幂函数关系,雷诺数越大,转角越小,椭圆的长轴越远离水平位置.其次,研究了椭圆颗粒的长短轴之比α(1α10)的影响,结果表明颗粒旋转的周期与α呈幂函数关系,α越大,颗粒旋转周期越小.此外,当α超过临界值时,颗粒也在水平位置附近保持静止状态,此时的转角与α也呈幂函数关系,α越大,转角越小.研究还发现,当雷诺数较大时椭圆颗粒在旋转过程中会产生过冲现象.     

全场测速技术进展

速度场测量技术的研究在流体力学和空气动力学中具有极高的学术意义和实用价值．文中归纳介绍了近十多年来人们积极探索的各种全场测速新技术,特别是激光诱导荧光高速流场测试技术、二维粒子跟踪和粒子图象测试技术以及三维测速的最新进展      

等离子体氯化氧化法太白反应器流场的数值模拟

本文提出了等离子体氯化氧化法钛白反应器流程的物理化学流体动力学模型,用k-ε方程描述湍流运动,用Partankar-spalaing发展的SIMPLER方法对控制方程求解,就三种情况即a)有化学反应,壁面绝热,b)有化学反应,壁面温度T_w=450k,c)无化学反应,壁面绝热,给出了反应器中的速度场,温度场和浓度分布,对钛白生产的物理化学过程作了数值模拟,所得结果可作为有关工程设计的理论依据。     

管内充分发展流动与传热数值模拟的教学方法探讨

由于缺乏数值计算的基础理论知识,工科本科生在学习流体流动与传热过程的数值模拟方法并进行程序设计时,往往觉得难度较大。本文围绕圆管内不可压缩流体充分发展流动与传热,采用边界层积分法,推导出无量纲控制方程组;针对层流工况和湍流工况,开发出相应的数值方法。基于该方法的程序代码易于理解,且计算结果表明该方法具有预测精度高、收敛速度快的优点。本文的工作可以为计算流体力学、数值传热学及热工计算等系列课程的本科教学提供参考。

     

通气空泡尾部气泡流仿真和特性分析

基于欧拉-欧拉双流体模型对通气空泡尾部气泡流进行数值仿真, 并采用基于多尺寸分组模型的总体平衡方法预估气泡尺寸分布. 应用改进后湍流耗散系数计算模型, 考虑了气泡体积含量对在湍流作用下气泡扩散现象的影响. 基于上述模型对两种试验工况下流场进行了数值仿真.结果表明模型对空泡尾部回流区特性进行了准确预示, 在回流区高湍流度作用下气泡迅速破碎成小气泡. 并进一步得到试验体尾流区空泡体积分数和速度分布. 尾流区水流速度分布保持了流体经过非流线型对称体时产生的尾流分布规律. 仿真结果与试验数据相一致, 模型适用性得到验证.      

水中爆炸气泡脉动流场的数值计算

由一维不可压流体力学理论,考虑到爆轰产物的等熵膨胀,建立了水中爆炸气泡脉动流场的基本方程。采用龙格－库塔数值方法计算了气泡脉动半径、周期及水中压力,计算结果与实测数据吻合较好。     

INSTABILITY OF COUPLED THERMO-SOLUTE CAPILLARY CONVECTION IN LIQUID BRIDGE AND CONTROL BY ROTATING MAGNETIC FIELD

浮区法因具有无坩埚接触污染的生长优点而成为生长高完整性和高均匀性单晶材料的重要技术.但熔体中存在的毛细对流会给浮区法晶体生长带来极大挑战,这是由于对流的不稳定会导致晶体微观瑕疵的产生和宏观条纹等缺陷的形成.为了提高浮区法生长单晶材料的品质,研究浮区法晶体生长中毛细对流特性及如何控制其不稳定性显得尤为重要.本文采用数值模拟的方法对半浮区液桥内Si_xGe_1-x体系中存在的热质毛细对流展开研究并施加旋转磁场对其进行控制.结果表明：纯溶质毛细对流表现为二维轴对称模式,温度场主要由热扩散作用决定,而浓度场则由对流和溶质扩散共同支配;纯热毛细对流呈现三维稳态非轴对称流动,浓度分布与熔体内热毛细对流的流向密切相关,等温线在对流较大的区域发生弯曲;耦合溶质与热毛细对流则为三维周期性旋转振荡流.施加旋转磁场后,熔体周向速度沿径向向外增大,熔体内浓度场和流场均呈现二维轴对称分布.     

后临界湍流区间内旋转薄壳结构振动演化与作用机制实测研究

载荷的时变特征可能会对结构振动强度和能量作用机理产生重要影响,火/核电厂最重要的大型建筑结构均为典型的旋转薄壳结构(如冷却塔、烟囱等).为揭示后临界湍流区间内旋转薄壳结构的振动演化特征及其作用机制,实测了后临界雷诺数($Re\ge $3.5$\times $10$^{6}$)条件下8座典型旋转薄壳结构的振动响应.首先,在对实测响应进行降噪滤波处理后进行了不同时距的信号非平稳识别,基于非平稳分析模型对响应的时变均值和极值估计进行研究,并基于多尺度小波变换的演化谱方法开展了响应的频域演变特性研究.在此基础上,探讨了结构风振响应的共振分量占比及其效应,识别了结构的自振频率和阻尼比,并以结构基频为划分依据分别讨论了不同旋转薄壳结构的阻尼作用机制.研究结果表明:(1)旋转薄壳结构在后临界湍流区间内风致振动响应表现为强度非平稳、频率平稳的演化特性;(2)后临界湍流区间内的旋转薄壳结构的风振问题应区分准静力作用点与共振激发点分别进行研究,不同共振激发点的功率谱分布形式较为相近,而准静力作用点的功率谱分布规律差异较大;(3)共振激发点的振动能量分布呈现明显的分段趋势,基于本文大量实测分析结果回归得出适用于共振激发点的三阶段共振谱表达式;(4)借助本文提出的等效阻尼比概念拟合出此类结构的阻尼比预测公式,论证了目前工程中通用的5%阻尼比取值的不合理性.      

风暴潮流运动的数值模拟

采用风暴潮全流运动方程组,对标准海域的风暴潮流运动进行数值模拟,利用以往的计算结果验证了数值模式,研究了开阔海域中,风暴气压、海域深度及底坡变化对风暴增水及流场的影响,分析了流速、潮位随时间和空间定量变化的规律。所建立的数值模型是进一步研究风暴潮流场中物质输运的基础。     

从流场干涉图定量计算冲击波传播速度和压力

研究了含冲击波流场干涉图的图像处理方法。首先利用快速条纹细化算法细化干涉条纹,并利用条纹追踪算法提取冲击波波阵面,然后根据配准算法把序列冲击波波阵面配准在同一幅画面上。根据上述算法,在PC-VISION100图像处理机上开发了应用软件。实验结果表明,该方法不但可用于从流场干涉图中提取冲击波波阵面,更重要的是可用于从含冲击波流场干涉图中定量计算冲击波的传播速度和压力分布。     

强旋湍流气－固两相流动的颗粒随机轨道法模拟

应用颗粒随机轨道模型，并与一种新的代数Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力模型相结合，对新型煤粉涡旋燃烧炉内强旋湍流气。固两相流动进行了数值模拟。得到了与实验相符合的颗粒相密度分布和质量流分布。计算结果表明，在涡旋燃烧炉内的强旋湍流流场中，外壁附近颗粒浓度最高，颗粒停留时间加长，气－固两相间滑移速度增大。     

高含能颗粒床中瞬变点传火过程的三维两相流数值模拟

结合火炮工程背景，建立高含能稠密颗粒床中非定常三维两相流与点火器中非定常一维两相流的数理模型，并考虑主装药床与点火器的相互耦合作用。采用分数步法（ＦＳＭ）数值求解。发现在点传火阶段，膛内存在明显的三维效应，并伴随波动现象，火药颗粒向壁面聚集。部分计算结果与试验结果相一致。     

强旋湍流气－固两相流动的颗粒随机轨道法模拟

应用颗粒随机轨道模型，并与一种新的代数Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力模型相结合，对新型煤粉涡旋燃烧炉内强旋湍流气。固两相流动进行了数值模拟。得到了与实验相符合的颗粒相密度分布和质量流分布。计算结果表明，在涡旋燃烧炉内的强旋湍流流场中，外壁附近颗粒浓度最高，颗粒停留时间加长，气－固两相间滑移速度增大。     

关于交通流中扰动传播和发展的数值模拟

针对不同拥挤程度交通流中扰动的传播和发展，进行了系统的数值模拟研究. 讨论了PW模型、一维管流模型、单侧传播模型等几种典型交通流模型的不同特征；指出了 不同差分格式对数值结果的影响；也分析了数学模型中不同形式的平衡函数的作用. 结果发 现在适当的数学模型、平衡函数和离散格式下，能够对交通流中扰动的传播和发展，特别是 扰动波的传播速度，取得与实际测量数据相当接近的模拟效果. 建议了分别适用于不同密度 交通流的计算格式.     

数值研究平板方舵激波-湍流边界层干扰

数值研究了平板方舵激波-湍流边界层干扰流场。模拟出了分离激波与弓型激波砬撞后形成的“λ”激波结构;消晰地显示了分离区中的旋涡结构,发现流场中会出现二次分离涡,并从理论上分析了流场对称面涡心形态与非定常的关系,得到了涡心为不稳定螺旋点或出现极限环是非定常流动特征的新结论。     

激光引爆起爆药的机理及其爆轰流场的干涉法研究

本文从实验上研究小型脉冲YAG激光引爆或引燃起爆药的可能性;在理论上,从激光热引爆的机理简述了激光引燃或引爆的判据。并采用大口径长程FP型干涉仪,外调制序列脉冲激光源和高速记录装置,获得了起爆药爆轰流场和燃烧温度场的时间序列干涉图,定量计算了爆轰冲击波的传播速度。