用于测量泡状流相分布的三维照相法

同时测量泡状流的空泡率和界面密度分布来描述泡状流的相分布 ,对于研究非均匀尺寸气泡或大变形气泡形成的泡状流极为重要。设计了一种非接触式的三维照相法测量泡状流的相分布。针对垂直的实验管段 ,利用一面 45°放置的镜子反映流动的侧视图 ,同时拍摄流动的正视图和侧视图的镜像 ,并对照片进行分析 ,可确定拍摄时刻测量段每个气泡的空间位置及形状尺寸 ,从而确定测量段泡状流的相分布。误差分析表明 ,这种测量方法在低空泡率条件下测量误差一般不超过 10 % ,它是一种低成本、高精度的绝对测量方法     

垂直及倾斜环形管内上升气液泡状流存在条件

对垂直环形管内上升气液两相泡状流存在条件进行了研究 .根据Taitel的气泡结合及积聚理论及小气泡群的实际上升速度 ,将小气泡和Taylor气泡上升速度与截面含气率进行关联 ,并采用Das的预测垂直环形管内Taylor气泡上升速度的关系式 ,获得了一种改进的泡状流区存在模型 .通过该实验数据及其他研究者实验数据的比较 ,表明该改进模型比Caetano模型更加符合实际 .通过上述类似方法 ,笔者还给出了倾斜环形管内泡状流的存在模型 .     

气泡堆积法生成局部加密非结构化网格

对生成非结构化网格的气泡堆积法(BPM)进行改进,提出了一种生成局部加密非结构化网格的算法.该算法通过向多边形顶点添加任意大小气泡以及在内部设置点源,并利用反距离加权平均法传递节点信息,简单地实现了局部加密/稀疏网格的生成.同时,还提出了气泡数量的控制方法,可对过于稠密或者疏松的气泡群进行气泡的删除和添加,使所有的气泡更好地与计算区域相匹配,消除了不规则三角形网格的生成,提高了生成网格的质量.用改进的BPM算法对矩形区域生成了边界加密、中心稀疏的非结构化网格,在雷诺数为1000的工况下对方腔项盖驱动流进行了数值模拟,与基准解对比非常吻合,证明生成的网格质量较好.     

用Level Set方法对水下两个气泡运动的数值模拟

利用Level Set方法,三维数值模拟了两个气泡的上升运动.通过改变气泡尺寸及位置,研究气泡对在上升过程中的尾迹流及其相互作用规律.数值模拟准确再现了气泡对的变形、吸引或排斥行为,气泡上升速度计算结果与经验关联式结果吻合;气泡周围的速度场揭示了两个气泡尾迹流的流体动力学作用;对于水平或垂直放置的气泡对,当下方气泡有大于50%的投影面积进入到上方气泡的尾流区时,两个气泡将发生聚并现象.     

垂直管道内层流泡状流运动的多流体模型

常用的描述泡状流运动的双流体模型采用一个平均尺寸对气相进行描述。不同尺寸气泡的运动和受力不同。当气泡尺寸分布范围较大时 ,不宜采用双流体模型描述泡状流。根据气泡的尺寸划分气相 ,采用时间平均法建立了描述垂直管道内层流泡状流运动的多流体模型。通过对气泡在流场中的运动和受力分析 ,给出了用以封闭模型的粘性应力、脉动应力、相间动量交换项的表达式。利用模型对具体实验进行了预测 ,模型预测值与实验值的比较结果表明采用多流体模型能够预测气泡尺寸范围较大的泡状流     

基于3D-OMP算法的SAR动目标成像方法

针对稀疏场景下的SAR动目标成像问题展开研究，提出一种基于三维正交匹配追踪(3D-OMP)算法的稀疏成像方法。首先对成像区域进行网格划分，然后以运动目标的二维速度作为动态参数构建三维稀疏字典矩阵，即参数化稀疏表征。在算法迭代过程中，通过计算回波数据矩阵与三维稀疏字典矩阵各层之间的相关度筛选出信号的支撑集。最后利用最小二乘准则，计算出支撑集下目标场景的稀疏表征系数。该3D-OMP算法是经典OMP算法的改进与拓展，因此继承了OMP算法计算复杂度低、信号稀疏特征增强明显的优势，同时具备了重构SAR动目标图像的能力。仿真实验结果验证了该SAR动目标成像方法的有效性。     

基于平面靶的多气泡虚拟三维测量系统标定

基于单台高速摄像机和两组反射镜建立多气泡虚拟三维测量系统,根据立体视觉测量原理及投影变换模型,以平面靶为标定基准,通过镜头畸变校正与非线性算法优化,对系统中的左右虚拟摄像机及传感器参数进行标定,并应用于气液两相流中多气泡的实际测量.结果表明:使用平面靶标定的虚拟三维系统测量误差小于0.06,mm,可精确重建多气泡三维轨迹,实验结果具备可靠性和适用性.     

基于VOF法的近自由面水下爆炸气泡运动数值模拟

对于近水面水下爆炸气泡的运动特性,在结合SOLA算法差分格式,利用投影算法对气泡的控制方程进行数值求解的基础上,基于VOF法进行了数值模拟,并利用MSC.DYTRAN软件进行仿真分析,通过对两者的分析结果对比研究. 结果表明,基于结合SOLA算法差分格式的投影算法,利用VOF法可对水下爆炸气泡各时刻的运动界面进行较精确的捕捉和重构,从而实现精确追踪水下爆炸气泡脉动全物理过程的运动界面. 同时,也研究了距离参数对气泡坍塌、射流及环状气泡的影响,掌握了距离参数对近水面水下爆炸气泡运动特性的影响.      

毛细管中两相流动特性的电导测量方法

建立了单毛细管中两相流动传递参数实验系统,基于该系统开发了测取泰勒流下气泡速度气含率、气泡频率以及液栓长度等参数的双电导测试系统。结果表明,与常用的摄像法进行比较,双电导探针具有在线、实时和动态响应快等特点,可替代摄像法,并可扩展应用于结 构化催化剂内部测定气液两相流动参数分布。同时,采用电导法对毛细通道中多种流型——包括分散气泡流、气泡串流、泰勒流、膜流及多种过渡流型——进行辨识,取得了较好的实 验结果.     

中低Reynolds数泡状流变形气泡升力的实验研究

为研究气泡变形对泡状流中气泡升力的影响,基于Mei给出的球形颗粒升力公式,根据竖直圆管Poiseuille流场中气泡(颗粒)所受升力与壁面力平衡的原理,通过实验研究了竖直圆管Poiseuille流场中在14.2＜Re＜68.0、0.76＜Eo＜5.45、0.01＜Ca＜0.19条件下气泡和轻颗粒的运动,并进行了对比分析.得到相同条件下等当量直径的气泡和颗粒所受升力之比,进而获得了气泡的升力经验关系式.该关系式能够准确描述高粘度液体中变形气泡的升力,但描述负升力和低粘度液体中气泡升力的准确性还有待进一步验证.     

基于相群平衡模型的舰船气泡尾流数值模拟

为了获得舰船气泡尾流中的气泡尺度分布规律,首先采用欧拉双流体模型（Euler Two Fluid Model）中的单一气泡模型对集装箱船模型KCS（KRISO Container Ship）进行了数值模拟.然后将气泡分组,进行基于相群平衡模型（Population Balance Model）的数值模拟.获得的气泡数密度和体积分率等气泡分布特征后,通过对索特平均直径的分析,探讨了初始平均气泡直径的选取和气泡尺寸分组等因素对气泡尾流的影响.结果表明：大气泡将聚集在船体表面;自由面则以小气泡为主.ETF模拟可以作为PBM计算的初值.当初始化的均一气泡直径取值越接近索特平均直径,PBM计算越容易收敛.     

规整填料内鼓泡流动的二维CFD模拟

规整填料内鼓泡流动现象的研究对于开发新型气液传质与反应设备具有重要的指导作用。为此应用VOF（Volume of Fluid）多相流模型建立了描述规整填料内部鼓泡流动现象的二维模型,模型中考虑了影响气液两相流动的两个重要作用力：表面张力和气液相间作用力。模拟计算结果显示,气泡在上升过程中自身振荡,随着入口气速的增大,气泡形变程度增大,并且伴有气泡聚并现象发生。气泡上升过程中,气泡周围液体的速度增大,并且形成大小不同的旋涡结构,单点速度值的波动程度随气体入口速度的增大而增大。     

气液两相流中液相局部速度测量实验

针对气液两相流中液相局部速度测量的问题,设计了一种电导探针和与其相配合的电导检测仪表,并将示踪物质的注入装置和探针合为一体,在气水泡状流流型中进行冷态实验,利用互相关技术对实验数据进行处理,获得液相速度,并进行了实验结果和误差分析。结果表明,通过一定的数据处理技术,此测量系统可以得到满意的测量结果。此外,由于电导探针能够适应多工况的变化,而且可以进行多点测量,因此可用于各种实验并具有广泛的应用前景。     

利用误差椭球进行点位变形分析

在实施变形监测的过程中,两期变形点坐标值的差异并不一定反映点位的变动,它也可能是测量误差引起的;为探明这些差异主要是误差干扰还是变形造成的位移,需要进行位移量显著性检验;文章在误差椭圆法进行点位变形分析的基础上,提出了误差椭球法进行点位位移量显著性分析,该方法适用于三维坐标变形分析的问题,并用一组数据进行了验证。     

基于车载三维激光扫描结果的桥面变形分析

车载三维激光扫描技术能够直接对目标结构表面进行三维量测,并采用三维阵列点云的方式来生成结构物表面的三维形态和记录点位坐标,打破了传统的桥梁变形监测方法仅有数个独立点的局限性,扩大了桥面变形监测范围,提高了结构物的观测精度,并能快速、完整的进行量测。本文将车载三维激光扫描技术引入到桥梁变形监测中,基于全长331.2m的预应力混凝土连续-刚构桥为背景,采用三维激光扫描技术对其温度变形进行探索。在监测环境温差20℃范围内,对其进行多次桥面几何形态数据采集,并对采集的数据进行处理。对基于车载三维激光扫描点云数据的NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines)曲面提出了一种新的变形测量方法,得到整个桥面的变形测量结果,再与采用有限元分析软件MIDAS CIVIL建模得到的各温差下理论变形数据进行对比,发现基于NURBS曲面的分析处理方法获得的变形测量值具有良好的精度和可靠性,并能够获取桥梁点-线-面的整体变形监测结果,与单点变形监测相比,弥补了其缺乏线性变形及整体变形特征的不足,有较好的工程应用前景。     

液态金属熔体中气泡运动特性数值模拟

为了揭示高温液态金属熔体中气泡运动规律及其彩响因素,应用VOF方法对单个气泡在液态金属中的运动特性进行了数值计算,得到了与实验数据相符合的气泡变形及上升速度规律;分析预测了表面张力对气泡变形过程的影响及单个气泡在液态铝熔体中的运动轨迹．结果表明,气泡的变形随着奥托斯数的减小而减小;其运动规律是呈螺旋式上升的,容器半径越小、气泡越小,气泡的摆动幅度越大．     

低温管路中Taylor气泡形成位置预测公式

使用粒子图像测速技术（PIV）和高速摄像技术对低温管路中由漏热产生的Taylor气泡形成过程进行了实验研究.将传统的流型转变理论和实验获得的流场结构相结合,建立了低温管路中Taylor气泡形成位置的预测公式,考虑了湍流强度、漏热、气泡上升速度和管路倾角等众多因素的影响.公式适用范围较广,其计算值与文中实验结果最大误差不超过±7.9%,与文献结果的最大误差也在±20%以内.     

两种群体平衡模型在大规模多粒径泡状流中的应用研究

为了研究大规模多粒径泡状流流动特性,考虑到气泡聚并、破裂等微观机制现象对气泡尺寸、数密度等宏观参量的影响,分别采用两种基于群体平衡方程的数学模型———群数密度传递(BNDT)模型与多气泡组质量传递(MUSIG)模型,对具有聚并主导趋势特征的多粒径气液泡状流实验MTLOOP进行数值模拟,并与实验进行了对比研究,结果发现:两种群体平衡模型均可以较准确地捕捉到多粒径泡状流中气泡尺寸变化趋势以及含气率分布特征转换,且预测精度相当;与MUSIG模型相比,BNDT模型计算时间节省了1/20～1/10,因此更适用于火箭工程中大型气液泡状流的工程预测.     

表面活性剂对中尺度气泡形状及速度的调控研究

为了有效调控中尺度气泡的行为,在纯水中通过添加不同浓度的3种表面活性剂实验研究了气泡上升过程中的形状与速度的变化.在一个方截面柱形容器内生成了4种中尺度气泡,再利用高速摄影仪记录了气泡的瞬时运动过程,通过图像处理软件分析了气泡的形状和速度.结果表明,由于Marangoni效应,适量的表面活性剂可以有效抑制中尺度气泡的变...