组合桨层间距对搅拌槽内流动特性的影响

采用粒子图像测速技术(PIV)对三层组合桨(HEDT+2WHU)搅拌槽(槽径0.476m)内的流动特性进行了研究,在搅拌转速、顶桨浸没深度和顶层桨高度不变的情况下,得到了中层桨位置的变化对搅拌槽内的流型、相位解析速度场和湍流动能的影响规律。结果表明,中层桨位置的改变对搅拌槽上部区域流体的流动特性影响显著,而对搅拌槽下部区域流体的流动特性产生影响较小;随中层桨位置降低,槽上部液面处反向回流区逐步缩小直至消失,中、顶层桨合并轴向流断裂,底桨上涡环作用范围不断压缩;对于相位解析速度场,较之中层桨尾涡几乎没有变化,顶桨尾涡的发展由极其微弱逐渐清晰,底桨尾涡则提前了10°相位出现;对于湍流动能分布,中、上层桨逐渐趋向于类似两层桨单独作用,底、中层桨间整体湍流动能增大。     

涡轮桨搅拌槽内流场的数字PIV测量

为研究机械搅拌槽内的流场特性,用数字粒子图像测速仪对桨叶直径与搅拌槽直径比约为0.5的涡轮桨搅拌槽内流场进行了测量。实验发现测量值随时间的随机脉动非常剧烈,为准确获取时均速度场,确立了多采样点平均的实验方法并进而找出了最佳采样点数。在获取的时均速度场的基础上计算了流量准数、涡量和湍动能的分布,考察了转速和测量面位置对流场的影响。结果表明:湍动能分布不均匀,在叶轮区较高,而在主体区较小;由于自由液面的作用,湍动能在高度方向上呈非对称性分布,并且这种非对称性随转速的变化而变化。     

搅拌槽内流动结构的粒子图像测速技术研究

使用粒子图像测速技术（PIV）对Rushton桨在全挡板搅拌槽内的流场结构进行了研究。在同一搅拌槽中采用固定雷诺数的放大准则,对比了不同直径的Rushton桨的速度和湍流动能分布。结果表明,Rushton桨叶产生的径向射流沿径向方向是向上方倾斜的,倾斜角度在5°～6°;在排出区,湍流动能沿径向先增加至一峰值后减小;不同桨叶直径的Rushton桨,无因次化后的速度和湍流动能的大小分布在桨叶附近几乎没有差别,但随着桨叶直径的增大,剪切速率和输入功率减小,射流偏角和排出量增大。     

非牛顿流体中气液两相流流场结构的小波分析

为了揭示流体流动中的隐含结构及湍流运动规律,利用三维激光多普勒测速仪对非牛顿流体中气泡上升过程液相速度场进行了测量,并借助小波方法对瞬时速度时间序列进行分析．局部间歇测度（LIM）峰分布的相似性说明湍流中存在大旋涡和小旋涡的串级结构,而LIM峰分布的不完全一致性说明湍流中存在相干结构．对不同小波尺度下能量分布的比较发现,在中尺度区,由于气泡的连续通过,该尺度范围内的能量占据了总能量的绝大部分,说明气泡的通过对液相的能量传递有很大贡献．另外,黏度增大使得小涡占据的能量减小,由小涡传递和耗散的能量减少,因此含能尺度的能量分布变宽．     

湍流相干结构与壁压强脉动关联的小波分析

在风洞中同时测量平板湍流边界层的速度和壁面脉动压强,用小波分析法结合能量最大判别准则确定湍流边界层相干结构的时间尺度和壁压强脉动的时间尺度之间的关系．结果表明：压强脉动信号的小波能谱最大值对应的时间尺度与湍流边界层相干结构的特征尺度接近,可以利用壁面压强脉动信号的分析结果间接反映经过边界层的相干结构的时间特征．本研究选择复数Morlet小波作为小波母函数,有较好的分辨率．     

湍流计算的多尺度模型与尺度间相互作用规律

湍流计算的多尺度模型把物理(空间)尺度分为大小尺度,大小尺度(LSS)运动微分积分方程组通过湍流应力项相耦合.利用该方程组计算了不可压槽道和平面混合层流动的三维时间演化,同时算出平均流速、最大和平均脉动速度.平均速度和平均脉动速度与NS计算结果一致,NS计算未能算出最大脉动速度.混合层最大脉动速度突增现象与流动转捩猝发现象相对应.LSS方程计算中,小尺度l2 f与大小涡分割尺度lc之比约为1/2～1/4时,数值解很好收敛;l2f/lc=1/5未能获得收敛解.解析分析证实:涡尺度介于lc/3和lc之间的小涡(称作近程小涡)及介于lc/2和lc之间的小涡(定义为共振小涡)分别提供了所有小涡对大涡作用应力的90%和75%,给出近程小涡和共振小涡作用应力的微分表达式;获得微分形式的大小尺度封闭方程组及大尺度运动封闭方程组.对单向剪切湍流,共振作用应力公式简化为Prandtl混合长理论应力公式.给出初步数值计算结果及湍流多尺度模型基本方程组的一般形式.     

强驻波声场中脉动速度特性

利用激光多普勒测速仪对管内空气强驻波声场中脉动速度特性进行了测量.实验结果表明:强声场对流场有很强的调制作用,使流场产生了与声波同频率的周期性脉动,且脉动幅度随着声场强度的增加而增大.管内声场强度不大时,实验值与理论值吻合较好;声场强度超过160dB后,出现了声湍流现象,实验测量值与理论计算值之间存在明显的偏差.当管内压力波幅处声场强度达到164 dB时,距离反射板130 mm位置处(sin kx=0.67)湍流脉动速度均方根值为3.50 m/s,达到了该位置处脉动速度幅值的45%,表明强驻波场声湍流脉动非常剧烈.     

涡轮桨变速搅拌槽内湍流混合的实验研究

以NaCl颗粒在水中的溶解为例,对湍流状态下周期性变速旋转的(改变桨叶转向或速度大小,分别称为周期性换向搅拌和周期性依时搅拌)Rushton桨搅拌槽内的混合特性进行了实验研究,并与稳速搅拌进行了对比。实验过程中测量了不同搅拌模式、不同桨叶安装高度时颗粒的溶解时间,结果证明,搅拌槽底部的流型对NaCl的溶解有重要影响;桨叶安装高度对溶解速度的影响不大,周期性依时搅拌时的溶解时间比稳速搅拌时稍短,而周期性换向搅拌则能明显加快溶解速度,提高混合效率。     

不同半径比Taylor-Couette湍流的直接数值模拟研究

采用谱方法求解柱坐标系下三维不可压缩流Navier-Stokes方程,直接数值模拟了不同半径比下的同心旋转圆筒间的Taylor-Couette(TC)湍流问题.由于TC湍流是由大尺度Taylor涡和湍流随机脉动的叠加而成,采用周向平均成功识别了TC湍流中的大尺度Taylor涡,并将其诱导的脉动流动与湍流随机脉动分离开来,对比分析了不同半径比下大尺度Taylor涡对脉动强度和湍动能的贡献;同时,通过计算雷诺应力输运方程,研究了半径比对湍动能生成、耗散和再分配等动力学特性的影响.计算结果表明,在小半径比的宽槽TC湍流中,Taylor涡诱导的脉动流相对较弱,湍流随机脉动更为强烈,其对湍流统计特性的影响占优;在大半径比的窄槽TC湍流中,流体脉动特性主要源于Taylor涡的贡献;另外,随着半径比的增大,近外壁面附近流体沿周向剪切作用增强,流场表现出类似于平板Couette流的流动特性.     

沟槽壁湍流减阻机理的氢气泡流动显示及数字图像分析

应用氢气泡流动显示和数字图像处理技术,对微型沟槽壁面平板湍流边界层的减阻机理进行了实验研究.对开口循环水槽中沟槽壁面及光滑平板壁面湍流边界层近壁区高低速条带流动结构及其猝发现象进行了氢气泡流动显示,应用"帧间比较"定量分析方法,获得了水平平面内流向脉动速度、展向脉动速度的平面分布,并对沟槽壁面和平板壁面近壁面区域湍流相干结构的氢气泡流动显示图像进行了比较分析,根据流向脉动速度、展向脉动速度的平面分布分析了沟槽壁面及光滑平板壁面湍流边界层近壁区高低速条带结构的展向尺度特征,从壁湍流相干结构控制的角度研究了沟槽壁面平板湍流边界层的减阻机理.     

基于小波分析的湍流采样数据量缩减算法

根据缩减数据必须反映与原数据统计同等的湍流流动信息准则,利用小波分析良好的时频双局域性信号处理特点,结合统计检测理论提出了一种相对合理的湍流采样数据量缩减算法.与传统算法及已有算法比较,由该算法缩减所得的数据量稍大但更能合理反映与原数据统计同等的湍流流动信息.选取湍动能为统计特征量,对沟槽壁面减阻机制实验数据进行了缩减分析,结果验证了该数据缩减算法的合理性和可靠性.     

基于子波分析的气液两相流中相的识别

两相流的辨识技术较为困难。用热膜测速仪测量得到气液两相流信号，提出用子波分析的方法从气液两相湍流瞬时脉动速度信号中识别气泡结构的条件采样方法。利用子波能谱分析的能量最大准则，得到了一种用子波分析自动识别气液两相流中气液两相的新方法，该方法避免了人为确定阂值对经验的依赖性。     

生物搅拌槽中挡板结构对搅拌效果的影响

利用Fluent软件，对无挡板搅拌槽和有挡板搅拌槽的搅拌效果进行了对比。基于有限体积法，采用RANS（Reynolds-averaged Navier-Stokes）模型对搅拌槽中的流场进行了模拟仿真，获得了搅拌过程中湍流的流速分布、压力分布和湍动能，对流场的结构形态进行了分析。结果表明：在搅拌槽中设置的挡板宽度越大，流场内的速度值波动就越大，速度矢量变化就越大，湍动能随之变大，有利于提高搅拌槽的搅拌效果；从压力分布上看搅拌槽中的最小压力均出现在距离搅拌槽底面0.12 m处；带档板结构搅拌槽的最小压力低于不带挡板的情况；搅拌槽中的挡板会导致流场中的速度矢量具有较强的旋流效应，流场内速度梯度变化较大，形成较强的涡流，有利于搅拌过程中发生更强烈的化学反应。     

基于小波及Hilbert-Huang变换提取壁湍流相干结构

为了研究壁湍流中的相干结构,在直流抽吸式低（变）湍流度风洞的实验段中,应用恒温热线风速仪IFA-300精确测量平板湍流边界层不同法向位置的流向速度信号.分析壁湍流脉动速度的概率密度分布,并与高斯分布比较,验证了壁湍流中相干结构引起的猝发现象的统计规律.提出了一种利用小波变换和Hilbert-Huang（HHT）变换相结合来提取相干结构的方法.对壁湍流脉动速度进行HHT变换,通过变换后各模态的能量分析,分离出主要含能模态对应的相干结构.利用小波重构法继续提取未分离的小尺度相干结构.对剩余湍流信号进行概率统计,并比较提取的全部相干结构与原始湍流信号的波形和HHT边际谱,验证了湍流信号既包含非随机的相干结构信号也包含随机的非相干信号.     

用颗粒相双尺度二阶矩湍流模型模拟突扩两相流动

基于将颗粒脉动分成湍流引起的大尺度脉动和颗粒间碰撞产生的小尺度脉动的概念，应用单相流动多尺度湍流模型方法，从双流体模型出发，推导和封闭了颗粒的双尺度脉动雷诺应力方程、大尺度脉动能量传递率方程、小尺度脉动耗散率方程和两相脉动关联方程，用统一的湍流模型方法构造了包含颗粒两类脉动的新的颗粒双尺度二阶矩两相湍流模型．用该模型对突扩管内的两相流动进行了数值模拟，并和单尺度的二阶矩两相湍流模型进行了比较，计算结果和实验数据吻合较好，比单尺度的二阶矩两相湍流模型的计算结果有所改进．     

湍流多尺度相干结构间歇性的PIV实验研究

利用粒子成像测速(PIV)系统测量了湍流边界层中流向速度平面,并对湍流多尺度相干结构统计特性进行了实验研究.利用连续子波变换,计算了不同尺度、不同法向位置的子波系数概率密度函数.结果发现缓冲区有着更强的间歇性.利用子波系数量化湍流间歇性的方法,应用推广的自相似律(ESS),计算了子波系数结构函数的标度指数.研究表明:当多尺度相干结构被提取出后,利用子波系数计算的ESS标度律就符合科尔莫戈罗夫提出的线性标度律,验证了多尺度相干结构是湍流边界层产生奇异标度律的原因.此外,利用PIV系统测量的数据,给出了流向平面内的以子波系数表达的能量分布.这种方法有利于进一步对多尺度相干结构在空间平面内的辨识与特性进行研究.     

气力输送的数值模拟研究

对气相湍动能采用修正的κ-ε二方程模型,颗粒相湍动动能采用颗粒动力学方法,发展建立了气力输送的数学物理模型和计算方法,就垂直管中圆柱坐标系下二维悬浮稀相和密相动压气力输送过程进行了初步数值研究,所得结果(包括管压降、气固速度分布、一定输送量下最佳经济速度等)与文献实验结果吻合,为进一步用该法研究气力输送打下了基础.     

南极臭氧总量变化的多尺度分析

运用Ｍｅｘｉｃｏ草帽子波对南极臭氧总量月平均资料进行了子波分析，墨西哥草帽子波所揭示的不同尺度下的突变点均表现为过零点（零距平）的拐点。通过对南极Ｏ３总量的子波分析，不仅得到了用其它方法已经验证过的结论，而且还能得到该系统在不同层次上更精细的结构。     

拉曼光谱预处理中几种小波去噪方法的分析

拉曼光谱分析中,噪声的存在常影响分析的准确度和检测限.以钙长石的拉曼光谱为研究对象,探讨小波变换在拉曼光谱信号去噪方面的应用,分别采用移动窗口最小二乘多项式平滑、移动窗口中位数平滑、非线性小波软硬阈值法和小波变换模极大值法对加噪后的拉曼光谱进行去噪并对去噪效果进行比较.结果表明,小波变换模极大值光谱去噪法得到了较高的信噪比,小波软硬阈值法次之,其他2种方法去噪效果较差.小波变换模极大值法能够有效去除光谱噪声,并很好地保留了光谱信号特征,为拉曼光谱的校正模型的建立奠定了良好的基础.