卡鲁塞尔氧化沟反应器三维流场体视PIV测量

采用体视PIV(Stereoscopic PIV)技术对卡鲁塞尔氧化沟模型直道、弯道及曝气叶轮段等处三维全场流速进行测量,克服了传统接触式点测量方法无法获取全场流动同步信息的缺陷,分析了不同位置处的流动结构,并对纵、横、垂三向流速沿程分布特点进行了研究和比较.结果表明,纵、垂两向的流动分布是决定沟内水力特性的主要因素;横、垂两向的流动是决定污泥沉积位置的主要因素;外沟靠近曝气叶轮直道段的流速分布上大下小,使低速区底部易发生污泥沉积;外沟远离曝气叶轮直道段流速分布上小下大,利于防止泥水分离;弯道段受横比降和横向环流的影响使内侧容易形成低速区或停滞区而发生污泥沉积;倒伞型叶轮使其附近流场在垂向呈螺旋形分布,利于气、液、固三相的均匀混合.     

等离子体诱导圆锥前体流场的PIV测量

在封闭光学玻璃箱体内,应用介质阻挡放电等离子体对20°顶角圆锥附近的静止大气进行了定常和脉冲循环控制,对等离子体诱导的圆锥截面绕流速度场进行了二维PIV测量,在定常控制和脉冲循环控制下,比较分析了最大绕流速度及最大轴向涡量,研究了脉冲频率和电压对上述参数的影响。实验结果表明:存在一个交流电压阈值(Vp-p≈14.0 kV),当电压高于这个阈值后,相对于定常控制模式,脉冲循环控制下沿90°方位角径向线上分布的时间平均切向速度和轴向涡量迅速增加;在脉冲循环控制控制下,动量传递主要表现为分离涡的形成而不是气流的加速。     

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...     

超声波流量计对掺氢天然气管路结构的适应性研究

氢气作为全球脱碳目标的重要载体,输送量是限制其大规模应用的主要瓶颈。掺氢天然气是实现大流量输送氢气的一种重要途径。氢气的掺入导致流速畸变,降低超声波流量计的性能。以掺入氢气的甲烷为主要工质,对8种类型掺混管路内部的气体流动状态进行模拟仿真研究,分析流场内气体速度和氢气浓度的分布状态;并对超声波流量计的适应性进行分析,确定其推荐安装位置。在超声流量计的适应性分析中,三匝螺旋管时仅需15D;对于单螺旋结合变径管的适应性影响更大,最小需要96D。通过比较,掺混管路C为最佳模型,掺混均匀时的氢气摩尔分数约为3.9%。可为超声波流量计在掺氢天然气准确计量方面提供参考。

     

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。     

气液两相流中气泡运动速度场的PIV分析与研究

粒子图像测速技术（PIV）作为一种无扰、瞬态、全场速度测量方法，已被广泛应用于液体或气体的单相流流速场测定。对于两相流PIV技术，目前还处于起步阶段，本文应用PIV技术的基本原理，对静止液体中的气泡运动速度进行了分析，并对有关气液两相流测量问题进行了探讨。     

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.     

主动脉瓣倾斜角度血流动力学的 PIV 实验研究

瓣叶血栓是主动脉瓣置换术后典型的继发性瓣膜疾病,血流动力学特征异常在其发展过程中至关重要.本文利用粒子图像测速 (particle image velocimetry,PIV) 系统,实验研究了主动脉瓣开口纵向轴线与升主动脉纵向轴线之间倾斜角度 ($\alpha =0^\circ$, $\alpha=5^\circ$,$\alpha =10^\circ$ 和 $\alpha =15^\circ$) 对速度、涡度和黏性剪应力分布等血流动力学特性的影响.研究结果表明:当 $\alpha =0^\circ$ 时,主动脉根部跨瓣血液流动为中心对称流动,而 $\alpha =5^\circ$,$\alpha=10^\circ$ 和 $\alpha =15^\circ$ 时跨瓣血液流动向升主动脉的左冠状动脉一侧倾斜.随着倾斜角度增大,跨瓣血液流动方向倾斜程度增加,血液流动冲击升主动脉壁,损伤内皮细胞导致血栓形成.主动脉瓣倾斜时主动脉窦血液流动速度增大,涡旋也更向主动脉窦底部运动,不利于血液从冠状动脉口流出向心肌供血.同时,主动脉根部的高涡度和高黏性剪应力区域也向升主动脉的左冠状动脉一侧倾斜,主动脉窦的高涡度区域位于主动脉窦底部、高黏性剪应力区域分布于主动脉窦壁面处.主动脉瓣存在倾斜角度时,涡度和黏性剪应力较大,特别是 $\alpha =10^\circ$ 和 $\alpha=15^\circ$,为血栓形成提供了有利环境.研究结果可为临床主动脉瓣置换术参数选择以及继发性瓣膜疾病的避免提供理论依据和技术参考.      

自由面对潜艇尾流场流动特性影响研究

潜艇周围绕流场流动特性会影响潜艇的机动性能,特别是近水面航行时,自由面的存在会增大潜艇尾流场的复杂程度.为探究潜艇在近水面航行时自由液面对潜艇尾流场流动特性的影响机理,借助大型水下三维粒子图像测速技术开展潜艇尾流场流动特性研究.首先通过美国泰勒水池标准模型实验结果对试验方法准确性进行验证;随后,用验证后的模型试验方法对...     

水击谐波流场中乳化油液滴粒径的PIV测量

为了掌握乳化油液滴在水击谐波流场中的碰撞、破裂、聚集和变形等微观形态的变化规律,采用粒子图像测速(PIV)技术对水平方管中乳化油液滴的水击谐波流场进行了测量,分析了在水击谐波流场中,不同激振力作用下乳化油液滴的粒径变化。测量结果表明,在水击谐波流场作用下,乳化油液滴平均粒径的增长率随着激振力的减小而减小,随着作用时间的增大呈增加趋势,直至粒径处于一种动态平衡;乳化液滴随着激振力增大到达波节聚集位置的时间减少,可见增大水击谐波激振力有利于乳化液滴的聚集并合并为大尺度的液滴,从而有效地提高了水击谐波流场作用下的油水分离效果。     

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...     

扭矩转化器（T／C）内部叶片流道流场的二维PIV实验研究

本文利用二维ＰＩＶ技术研究了汽车无级调连装置中扭矩转化器内部叶片流道流场的复杂流动,实验结果表明泵和透平在不同转速下,静子叶片流道中的流场体现出不同的流动特征,文中还对实验误差进行了分析,提出了减少误差的措施,通过叶栅流动理论分析说明了本文结果的可靠性。     

低Re数下变弯度机翼的非定常气动特性实验研究

利用变弯度机翼模型及相关的风洞实验平台,开展了以弯度变化速率影响为重点的机翼非定常特性研究。实验结果显示,在低Re数(~105)下,机翼弯度非定常变化得到的升阻力系数曲线与准定常条件下的结果存在显著差异。具体表现为:准定常状态下,曲线表现出明显的可逆性;而弯度非定常变化时,曲线在弯度递增区和递减区之间存在明显的迟滞效应,而且随着变形速率的增加,这种迟滞也越明显。流场显示结果表明,这种小St数下出现的流动迟滞是由于弯度变形导致的流动分离的分离点相对机翼运动迟滞所造成的。这说明弯度变化时,分离流场结构的响应时间尺度与弯度变化周期相当,也揭示了该条件下机翼弯度变化对流动的抑制作用主要是通过改变分离区的大小来实现的。     

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。     

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．     

基于光流算法的粒子图像测速技术研究和验证

光流测量技术作为一种新的空气动力学实验技术,以其像素级分辨率的矢量场测量优势获得广泛的应用。光流测量技术使用光流约束方程,配合平滑限定条件,可以进行速度场测量,获得高分辨率的全局矢量场。本文首先通过研究积分最小化光流测速理论和算法,采用C++编写光流速度测量程序;然后通过三种典型的人工位移图像对光流计算程序进行了验证,并将结果和标准位移分布进行比对分析,以指导如何在实际应用中获得高精度光流速度场;最后进行小型风洞后向台阶实验,利用高速相机拍摄示踪粒子图像,使用光流计算程序获得速度矢量场,同采用互相关算法的粒子图像测速计算结果相比较,体现出光流计算方法像素级分辨率的矢量场测量优势。