大雷诺数下方柱绕流PIV试验及数值模拟

基于风洞试验利用粒子图像测速技术(PIV)研究了大雷诺数(Re=3.42×10~4)下方柱绕流流场,并应用本征正交分解(POD)法分解PIV瞬态速度场,获得了方柱尾流的低阶模态和重构流场结果,研究方柱绕流的流动机理.采用γ-Re_θ和k-ωSST两种湍流模型研究了大雷诺数下方柱尾流的速度分布以及湍动能变化。风洞PIV试验可准确的观测方柱尾流脉动流场,基于POD方法得到的前6阶模态占总能量的78.7%,前6阶模态即可较准确重构流场并捕获流场的主要特征。通过对比,γ-Re_θ模型是较优的湍流模型,可较好地得到尾流的湍动能及其变化规律。     

PIV对射流煤粉火焰流场特性的分析

为研究湍流煤粉射流进入高温环境后的流动及混合特性,采用PIV测量平流射流煤粉燃烧器中心射流区域的流场特性。通过对不同示踪粒子特性的分析,选定SiC表征气相流场,选定煤粉表征煤粉射流流场。实验结果表明;煤粉具有较好的散射特性,因而采用PIV可获得合理的煤粉颗粒流场;相同射流速度下,冷态射流比热态有更强的湍流脉动特征,主要原因是热态条件下气流黏度增加2~3倍,显著降低射流Re。     

扩散燃烧流场的PIV测试方法探讨

由于能提供高时空分辨率的瞬时流场信息,二维粒子成像速度仪(PIV)已广泛应用于燃烧流场的测量.本文利用PIV对甲烷同轴射流扩散燃烧的流场进行了测量,针对测量中出现的示踪粒子导入、火焰发光干涉、光强不均、数据处理等问题进行了分析和实验,获得了有效的解决办法和满意的测量结果.     

开式轴流风扇叶尖流动的PIV实验研究

粒子成像测速仪(PIV)技术是一种测量叶轮机械内部流场的有效手段。本文利用对开式前缘弯掠轴流风扇进行PIV实验,捕捉到了开式轴流风扇的叶尖涡。实验结果表明,叶尖涡产生于叶顶前缘的吸力面,其涡核沿一条与旋转方向相反的斜线延伸,一直到转子下游出口。PIV实验数据和CFD内流计算结果吻合良好。本实验为改善风扇性能和认识其内流机制提供了可靠的实验依据。     

具有强迫过流旋转圆盘系统流动实验研究

应用PIV技术,实验研究了具有大的径向过流的动静圆盘系统间隙内流动.实验在流量系数Cw=26705和间隙比G=0.0845下,实验获得了在不同雷诺数和过流方向时的涡量、湍流强度、雷诺应力和速度分布.实验表明过流方向是流场结构变化的主要因素.同时,实验发现了一个重要的物理现象,即具有强迫过流的动静圆盘系统的流场分布,是由无过流时的动静圆盘系统流场和具有强迫过流双静止圆盘系统流场的叠加而形成.     

槽道流POD重构及湍流动能耗散率分析

采用二维粒子图像测速仪（2DPIV）对槽道内涡波流场进行实验研究,用POD技术对2DPIV瞬态速度矢量场进行主导模态重构,得到槽道内的平均流速和湍流动能分布;采用大涡PIV方法对湍流动能耗散率分布进行计算.结果表明：重构流场表征了原始流场的主导结构,剔除了噪声等干扰信息;大涡PIV方法能有效地估算动能耗散率的分布;湍流动能在壁面附近较小,在接近槽道中心区域湍流动能越来越大,呈现出射流的特征;动能耗散率的峰值出现在壁面附近和槽道中心区域,动能耗散率随着远离壁面程度的增加先降低后逐渐增加直至达到峰值.     

钝体燃烧室热态流场的大涡模拟

对圆盘凸台钝体燃烧室的热态流场进行了大涡模拟,利用PIV实验数据,显示了大涡模拟对平均速度及均方根速度脉动量的预测与实验中的测量值基本吻合,模拟获得的钝体后回流区、钝体边缘存在的切应力层等湍流特征信息也得到了实验验证。采用两种不同亚网格模型的大涡模拟结果与实验对比表明,在流动情况特别复杂的区域,Germano动态亚网格模型对流场,尤其是湍流脉动的预测准确性要高于标准Smagorinsky亚网格模型。     

PIV系统水洞流场测量准确度与误差分析

为了改进粒子图像测速技术,分析限制PIV系统测量准确度的因素.利用PIV系统分析比较了水洞中无模型和圆球模型两种环境下的流场.6 m/s水速下,无模型流场测量PIV系统测量准确度优于1.3%.通过比较标准球模型流场理论值和测量结果,表明,所测量区域内大部分区域的测量准确度均优于2%,在球模型边界与靠近连接杆位置,误差达到6%~8%左右.对造成PIV测量误差的原因进行了探讨,为系统改进提供了参考.     

矩形通道内横流喷雾掺混流场的实验研究

应用PIV系统对矩形通道内横流-喷雾掺混过程中液滴沿横流方向的流场进行了实验测量.分别获得了单喷嘴和双喷嘴下横流掺混中的流场结构,以及液滴的水平速度分布.横流作用下,液滴的最大水平速度为横流速度的两倍左右;反旋涡对降低了液滴的水平速度,提高了液滴在横流中的停留时间.双喷嘴条件下,横流截面上的液滴密集区域呈狭长的三角形,...     

绕正方形排列的顺排的四个圆柱的流动研究

本文通过采用激光诱导荧关技术(LIF),对按正方形排列、边长间距比为4的顺排的四个圆柱的层流绕流进行了流动可视化研究;同时,在Re=200的情况下,对该流场进行了PIV流场测量,两种实验结果吻合良好,显示的都是只在下游圆柱的后面才有漩涡脱落。可是,采用两维有限体积法离散N-S方程计算该流场与实验结果完全不符合,原因尚不清楚。     

矩形腔内纯水凝固过程实验研究

应用PIV并结合温度变化研究纯水在矩形腔内凝固过程中的热自然对流.在侧壁和底部冷却条件下,水平温度梯度是液相区流动产生和发展的主要原因.随着冷却进行,主流区域出现新的对流涡,液相区出现流动反转现象;纯水的临界冰核尺度较大,发生过冷凝固;降低冷端温度可以强化热对流强度,提高凝固速度.     

对称槽道涡波流场流动特征的POD分析

为深入分析层流状态下对称槽道内涡波流场的流动特性及其变化规律,对流场进行了二维粒子图像测速(2DPIV)测量获取瞬态速度矢量数据,利用本征正交分解(POD)技术进行模态分解以及涡波流场的重构,然后根据重构的流场对对称槽道内涡波流场进行了平均速度剖面、流场脉动强度以及特征点的速度和频谱分布等方面的分析。结果表明:POD的前15阶模态能够表征涡波流场的主导结构,第1,3阶模态主要表现为一对旋向相反的涡对特征,第2阶模态具有涡旋和波状主流的特征;提取了5个涡旋涡核的位置作为流场流动特性的特征点;根据POD重构流场分析发现流向平均速度呈抛物线形状分布,法向平均速度呈对称分布特征;流向脉动强度受壁面的影响较大,法向脉动强度呈现抛物线形状分布;距离中心主流较近的1#,4#,5#特征点的速度脉动程度受主流的脉动强度影响较大,速度的脉动主频0.15 Hz与次频、流场的自然频率0.35 Hz共同影响特征点的速度分布;2#,3#特征点的流向速度呈衰减趋势,法向速度在初期幅度变化较大。     

Experimental Investigation of the Effect of Purge Flow and Main Flow Interaction in a Low-Speed Turbine Cascade Passage

In order to protect the vulnerable turbine components from extreme high temperature, coolant flow is introduced from the compressor to the disk cavity, inevitably interacting with the main flow. This paper describes an experimental investigation of the interaction between the main flow and the purge flow in a low-speed turbine cascade with three purge flow rates, Cm = 0, Cm = 1%, and Cm = 2%. In order to study the effect of the interaction between the main flow and the purge flow on the secondary flows, a Rortex method developed by Liu Chaoquan is introduced to identify the vortex in the flow field. In the meantime, a method to calculate the mean entropy production rate based on the particle image velocimetry (PIV) result is adopted to investigate the flow loss. The PIV result indicates that the purge flow has a prominent impact on the flow field of the cascade passage, changing the velocity distribution that induces a local blockage area. The results of vortex identification show that the purge flow promotes the generation of the passage vortex near the suction side. In addition, the purge flow makes the passage vortex migrate to the tip wall direction, enlarging the region affected by the secondary flow. The mean entropy production (MEP) result shows that the flow loss is mainly caused by the passage vortex. The coincidence of the high-MEP region and the location of the passage vortex indicates that the purge flow increases the secondary flow loss by affecting the formation and the migration of the passage vortex.     

气液两相流速度及粒径分布激光干涉测量方法的研究

为了实现对气液两相流的粒子粒径、空间分布及其速度测量。对激光干涉气液两相流测量技术（ILIDS）进行了深入研究,该技术是一种应州于气液两相流测量的新技术,其主要优点是不干扰流场和颗粒粒径、位置测量精度高。基于该技术所开发的图像自动处理方法可以利用普通粒子成像测量技术系统拍摄气液两相流的激光散射干涉图像。并利用图像卷积定位、傅里叶变换频率分析及其图像互相关测速等图像处理手段从干涉图像中自动提取粒子的位置、直径和速度信息。为了验证该方法的测量精度,对喷嘴生成的气水两相流进行了测量实验,得到了喷嘴出口处不同区域的粒径、速度矢量的空间分布,并将测得的速度矢量与用粒子成像测量技术方法测得的结果进行对比,证明两种方法测量的平均速度差别仅为0．38％。     

水平轴风力机叶尖涡流动的PIV测试

在风洞开口实验段,针对不同尖速比应用PIV技术对风轮附近1/3圆周内的瞬时速度场进行测试。随着尖速比的增加,叶尖涡运动的径向位移增大,涡流诱导效应区域半径扩大,使整体尾迹半径增大;同时,尖速比增加使尾迹轴向速度亏损增大,叶尖涡运动的轴向位移减小。叶尖涡诱导效应与风轮旋转的相互作用使风轮附近形成强速度梯度区域,诱导效应延伸到风轮上游,激励叶片产生不同的振动形态,使叶片上脱落的叶尖涡结构在尾迹中出现波动,越向下游运动波动越强烈。通过叶尖涡核位置平均发现,在10°～120°方位角尾迹区域内,涡核运动轨迹与方位面交点的连线近似为直线,且该线的斜率随着尖速比的增加而增大。     

平行板叠末端交变流场的可视化实验研究

本文应用Particle Image Velocimetry(PIV)技术,对平行板叠后端交变流场进行了可视化实验研究。实验测得了在热声热机中加入板叠后,交变流动在平板末端涡旋的产生情况,分析了通道中心置轴线上速度分布曲线的变化。结果显示,随驱动比(为最大压力振幅与平均压力之比)的增加,板叠末端涡旋影响区域增大,其结构也由对称变为不对称;板叠末端形状为半圆形时涡旋形状变圆,板叠末端为三角形时涡旋被压扁而紧贴壁面。该研究对深入了解热声板叠术端附近流动状况与热交换之间的相互影响具有意义。     

Visualization of aerodynamic noise source around a rotating fan blade

The purpose of this study is to understand the aerodynamic noise source distribution around a rotating fan blade by measuring the noise signal and velocity field around the blade. The local noise-level distribution over the fan blade is measured by microphone arrays, and the flow field is visualized by smoke and phase-averaged PIV measurement. The noise source distribution is examined by cross-correlation analysis between noise signal and velocity fluctuation. It is found that the noise source is located near the rotating fan blade, especially around leading and trailing edges. The separation and reattachment of flow are observed near the leading edge, and the tip vortices and vortex shedding are found near the trailing edge. The cross-correlation distribution of the noise signal and the radial velocity fluctuation shows large magnitude in the correlated regions, which indicates the noise generation by the formation of vortex structure around the blade.