粘弹性流体混合层流动的PIV实验研究

本文在纯水混合层流动实验的基础上,使用PIV对添加高分子聚合物形成的粘弹性混合层流动进行实验研究,聚合物浓度为200 mg/kg.混合层高低侧速比为4:1,速度差0.25～1.25 m/s.研究发现在纯水及粘弹性流体中均存在有明显的涡结构,添加聚合物后流场中的涡结构尺度变大,涡核也较清晰.雷诺应力则随着速度差的增大而减小,涡量随速度差的增大而增大.同纯水混合层比较,添加聚合物后的雷诺应力与涡量的峰值区域都比纯水的更宽,作用范围更大.     

回流扩散燃烧火焰湍流结构特性的PIV测量

利用粒子图像速度场测量(PIV)技术对不同燃空速度比下的钝体回流扩散燃烧流场进行了测量,考察不同火焰的湍流结构特性.结果表明,流场中轴向脉动速度沿钝体中心轴线成对称分布,轴向脉动速度最大值出现在钝体中心轴线处,流场切向雷诺应力以饨体轴线呈中心对称,在中心轴线处切向雷诺应力值为0,随燃空速度比的增大,轴向脉动速度和切向雷诺应力不断增大,随着与钝体表面的距离增加,流场截面上最大轴向脉动速度不断减小,最大切向雷诺应力先增大,后减小.     

黏弹性流体泡状流混合层流动的PIV实验研究

本文对注入气泡的黏弹性流体气液两相泡状流混合层流动进行实验研究,含气率为0.5%。与纯水气液两相流相似,气泡的注入也会削弱黏弹性流体中的涡结构,影响大涡的卷起。雷诺应力与涡量的分布规律类似,其峰值集中在混合层中心区域。注入气泡使混合层中心区域内的雷诺应力增大,峰值区域范围减小,添加聚合物的混合层中的雷诺应力峰值增大得更多。对涡量而言,注入气泡使峰值产生非常明显的减小,黏弹性流体的涡量所受的影响比纯水的要小。     

κ-ε湍流模型可压缩性修正在超音速混合层中的应用研究

对标准κ-ε两方程湍流模型进行Durbin可实现性、Heinz湍流产生项以及Sarkar可压缩性修正三部分修正.尝试考虑结构可压缩性修正的影响,发展了一个同时考虑结构可压缩性修正和膨胀可压缩性修正的湍流模型.以超音速混合层为基础,分析了各个可压缩性修正的相对重要性,并将混合层厚度增长率、湍流动能的计算结果与实验结果进行比较,验证、分析修正模型的效果.结果表明,修正模型能够准确地预测到超音速混合层的发展,使模拟结果和实验结果更加接近.     

气固两相槽道湍流拟序结构变动的PIV测量

运用粒子成像测速仪(PIV)对壁面雷诺数为Re_τ=430、质量载荷为0.25×10~(-3)～5×10~(-3)的110μm聚乙烯颗粒加入前后的水平槽道湍流变动进行了研究。实验结果表明低载荷下气相湍流变动源于颗粒对湍流拟序结构的作用。颗粒的存在抑制了湍流拟序结构的发展,使得湍流准流向结构长度减小、猝发频率降低、猝发强度减弱;另外,颗粒尾涡脱落还导致了壁面附近的气相剪切雷诺应力增强。     

草金鱼C型起动流场的PIV测量

鱼类的C型快速起动常常用于逃脱危险的过程中,是鱼类最重要的机动能力之一。本文利用二维粒子图像测速(Particle Image Velocity,PIV)技术对草金鱼C型起动过程中的鱼体周围流场进行了测量和分析。结果表明,在第三阶段为减速静止的情况下,第二阶段的加速过程很短,而第一阶段的加速更为明显,第一阶段与第二阶段的时长比为1:5.25;草金鱼的C型起动过程主要依赖附加质量效应产生推力。C型起动的尾迹流场具有逆卡门涡街的特征,较大的身体弯曲度使得鱼在舒展摆尾的过程中连续产生了方向相同的两个涡,而且涡在脱离鱼体后由于受到鱼后续行为和高速射流区的影响,其强度经历了先增大再降低的过程。     

PIV在膜蒸馏系统流场测量研究中的应用

空气隙膜蒸馏系统热容腔内料液的流动状态直接影响到温度和浓度边界层效应,决定系统的膜通量。本文采用三根沿圆周平均分布的入流管,喷管是鸭嘴形,应用PIV系统测试膜面附近流动状态。在5种喷管中心线与热容腔径向夹角β和3种喷管前端和膜面间距离δ下,测试得到膜面附近的速度场数据,并计算得到涡量场信息。结果表明,所研究的膜组件结构参数β和δ对热容腔内料液的流动状态影响很大,适当的热容腔结构参数可以有效地改善温度极化边界层和浓度极化边界层的影响,增大膜通量。研究结果为空气隙膜蒸馏系统热容腔入流装置的优化设计提供了实验数据和研究经验。     

速比对混合层湍流参数影响的实验研究

本文使用PIV术对低高速侧速比为0.25、0.33和0.5时竖直通道内的混合层流动进行实验研究,基于速度差和通道水力直径的雷诺数范围15840～132000.研究发现混合层内湍流参数的分布不仅和雷诺数有关,还和速比有关.混合层内同一横截面上平均雷诺应力的最大值随雷诺数的增大而增大,而在同一横截面上相同雷诺数时雷诺应力的最大值则随速比的增大而减小.在同一横截面上平均涡量随雷诺数的增大而增大,雷诺数相同时平均涡量的最大值随速比的增大而增大.无量纲平均涡量的最大值随混合层的发展按指数规律衰减,速比越大衰减速度越快.     

翼型近尾迹流动的PIV研究

利用在线式互相关PIV系统,在低速风洞中对NACA0012翼型的近尾迹流动进行了实验研究。实验结果表明,翼型近尾迹存在有序的涡街结构,涡街在尾缘处形成后,在向下游的迁移中,会经历一个发展壮大,失稳破碎,最终演化为湍流的过程、本文分析了近尾迹流动结构、流动机制,探讨了近尾迹流动中旋涡和涡街的稳定性．本文指出在翼型尾缘处采用恰当的流动控制措施,可以改变尾流与其下游物体相互作用的形式和机制,以达到兴利除弊的目的。     

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.     

单喷嘴横流气雾两相流掺混实验研究

采用PIV设备测量了方腔通道内气体液雾两相交叉横向流的掺混,液滴通过旋流雾化喷嘴产生,获得了沿横流方向不同掺混横截面的液滴分布图和液滴运动流线图.比较了三种喷嘴布置角度(60°,90°,120°)在不同气流速度下的掺混效果.结果表明:在横流作用和壁面约束的影响下,流场中出现不同尺度的漩涡,大涡的卷吸与离心作用导致液滴分布不均匀,影响了雾滴与气相的掺混.随着掺混的发展,大涡的强度和尺寸均减小,对雾滴影响减弱,掺混变好;三种喷嘴布置角度下,60°掺混最好,90°次之,120°最差.     

三维气固两相混合层湍流拟序结构的直接数值模拟

本文对三维气固两相混合层湍流拟序结构进行了直接数值模拟。气相流场应用拟谱方法对Ｎ－Ｓ方程组进行直接求解,通过模拟时间模式的混合层流动,分析流场失稳后涡的卷起、配对、合并及撕裂过程,研究三维混合层湍流拟序结构的演变特征;计算颗粒场时,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方法,针对颗粒不同的Ｓｔｏｋｅｓ数,模拟了颗粒场的瞬态分布,并分析流场三维大涡结构对颗粒分布的影响。     

用PIV技术测量跨音压气机转子内流的激波结构

在跨音压气机试验台上进行了用ＰＩＶ技术测量内流激波结构的试验研究。乙二醇微小液滴成功地被用作示踪粒子；自行设计制造的激光潜望镜成功地将双脉冲激光器发出的激光束导入机匣。用数字ＰＩＶ技术测量到的跨音压气机叶片流道内的二维瞬态绝对速度场分布被转化为相对速度分布，发现的激波结构测量结果与静压分布测量结果进行了比较，得到了比较满意的符合。本文讨论了目前试验装置和测量系统所存在的问题，提出了进一步工作的要求．     

低风速条件下沙粒起动的PIV研究

本文在对风沙流进行气固两相流分析的基础上实现了低风速条件下的沙粒起动过程,借助PⅣ测量系统对其进行了观测并对影响因素进行了分析,获得了沙粒的浓度和速度分布。实验结果表明沙粒浓度沿距离沙面的高度呈负指数分布特征。流体起动和冲击起动下的输沙率随摩阻速度和雷诺数的增加而单调增加,而起动效能比随之减小并趋向于常数0.207。测量得到的输沙率修正了低速范围内的Bagnold公式和河村龙马公式。     

平板混和层流动的可视化实验研究

混和层流动是多种流动的原型流场,一直受到众多研究者的重视,对气液两相混合层流动进行研究有助于研究离散相气泡与流场中的大尺度拟序涡结构之间的相互作用机理.本文对竖直方形通道内主流雷诺数1819条件下的单相和气液两相平板混和层流动进行可视化研究,分析了单相混和层流动中不同形式的涡的合并过程,并与同样条件下的泡状流混和层的发展过程进行了对比,得到了气泡对涡合并的影响规律.     

弯管内气液固三相流中液膜区流场的PIV测量

为了深入认识螺旋管内多相流相分离现象,应用粒子图象测速仪(PIV),对组合弯管内气水砂三相流底部水平段和上升段中液膜区的流场进行了测量。研究表明:底部水平段流动主流速度分布比较均匀,颗粒跟随流体运动;二次流十分微弱,颗粒在离心力作用下由内弯侧向外弯侧运动;速度脉动强烈,不利于相分离。上升段中流动受到重力的阻碍,同底部平段相比主流速度降低,离心力作用减弱,颗粒径向时均速度较低;流动的间歇性更强,两相速度脉动更剧烈。     

风力机叶片动态绕流结构的PIV实验研究

采用轴编码器锁相周期采样技术,在风洞开口实验段对旋转风力机叶片动态绕流结构进行了PIV实验,通过Insight 3G平均背景消噪和相关分析获得速度矢量信息,应用Tecplot处理得到相应的流线和速度云图.初步揭示了叶片动态绕流的特征变化及其绕流结构随风轮转速的变化规律,并探索了流动特征与风轮功率系数的对应关系.由于附着涡的诱导效应,翼型下游存在速度亏损区.随着转速的增加,附着涡影响区域增大,翼型下游速度亏损区域增大,亏损幅度也增大.在绕流结构中,切向速度分量占主导地位,轴向速度分量较小.叶片动态绕流特征的研究为分析风轮流场涡系的干涉及叶片动态失速等复杂流动问题提供了实验基础.