水力旋流器内部流场模拟分析与PIV验证

以直径为140mm水力旋流器作为研究对象,采用计算流体力学(CFD)技术对旋流器内部流场进行数值模拟,并对所建立的模型进行激光粒子图像测速(PIV)实验验证。基于数值模拟和实验结果,分析了旋流器内部压力、切向速度、轴向速度和径向速度的分布。利用PIV技术对旋流器内部流场进行测量,考察了不同入口速度下旋流器圆柱段区域瞬态速度场。通过对比数值计算与测试结果表明:CFD模拟可以有效预测水力旋流器内部流场分布,帮助探索旋流器内的流动状态和分离机理;利用PIV技术测量旋流器内部流动特性和速度分布,其测量结果与CFD计算结果吻合良好,验证了数值模型的准确性。     

多时距PIV技术在复杂流场测量中的应用

采用一种多时间间距适配(多时距)的粒子图像测速(PIV)技术对静水与横流环境下的垂向圆管射流流场进行测量，对比分析了多时距PIV技术测量结果的可靠性，探究了静水与横流环境下垂向圆管射流的运动特性。结果表明，多时距PIV技术得到的测量结果能够精确反映射流在静水和横流环境中的时均特征和紊动特征，且其精度明显优于传统PIV技术所得到的测量结果。研究发现，多时距PIV技术可既方便又精准地测量视窗内速度变化大的流场。     

巷道调节风窗流场PIV测试

为解决井下调节风窗流场测不准的问题,采用粒子图像测速仪(PIV)测速的方法,对巷道调节风窗流场进行实验测试研究.研究结果表明:瞬态流场有复杂的漩涡结构,且速度随时间不断发生变化,但基于统计平均的时均流场呈现出较规则的分布结果,调节风窗前巷道风流速度呈平滑直线分布,调节风窗后隅角存在一个规则而完整的贴近壁面的回流区.传统的接触式定点流速测量技术因自身精度限制导致不能真实反映井下瞬态流场分布特征,而PIV测速技术能够实现非接触全流场瞬态速度测量,可作为研究矿井通风调节风窗及其它较为复杂风流流场的实验测试手段.     

基于互相关算法的粒子图像测速技术

对PIV（particle image velocimetry，粒子图像测速）技术的原理进行了详细的介绍。采用互相关算法，自行开发了一套图像处理软件，对粒子图像进行分析，提取速度场。以正方形容器内的旋转流场为例，用计算机模拟检验了此软件的可靠性与高效性，并利用PIV技术对内燃机缸内压缩流场进行测量，对PIV技术应用于气流测试进行了有益的探索。结果表明，互相算法可以有效地进行粒子图像识别，通过所开发的软件可以精确获取速度场。     

加湿回流湍流扩散燃烧流场的实验研究

实验测量了加湿、不加湿状况下钝体后丙烷/空气湍流扩散燃烧流场,分析了两种燃烧流场的异同点.实验中采用粒子图像速度场(PIV)测量技术测量了钝体后加湿、不加湿扩散燃烧流场的速度分布,利用高温热电偶测量了两种流场火焰内部的温度分布,使用气体分析仪测量了两种流场的NO分布.结果表明:加湿扩散燃烧流场与不加湿扩散燃烧流场虽然总体相似,但加湿使得燃烧流场回流区中心的位置前移、回流区长度减小、燃烧区最高温度降低,并且使得燃烧室内的NO浓度降低;加湿有利于燃烧室轴向尺寸的缩小,提高了燃烧室内温度分布的均匀度,降低了污染物的排放.     

改进PIV技术在测量搅拌槽内流场中的应用

简化了粒子成像测速技术(PIV)的数据采集系统,通过AUTOCAD的二次开发,改进了PIV的图像处理.降低了成本,提高了测量精确度,并使之能适用地大尺寸、流质透明度较差的搅拌槽体系的流场测量.将改进PIV技术应用于搅拌槽内质量分数为0.6%CMC水溶液和清水流动场的测量,粒子图像清晰、数据准确可靠.     

内燃机缸内流场测量示踪粒子的选取与供给

为了了解内燃机缸内流场状况，研究了使用激光粒子图像PIV测量技术时示踪粒子的选取原则和添加方法，介绍了自行研制的带有Laskin喷嘴的新型粒子添加装置及其在实际发动机缸内流场测量中的具体应用．结果表明，该装置可以产生粒径均匀的液态示踪粒子，这些粒子具有良好的跟随性和光散射特性，所得的PIV测量结果比较理想．     

圆形截面管路内PIV流场测量的直接校正方法

为修正圆形截面管路内PIV（粒子图像测速）流场测量中的图像畸变,建立了一种基于光学原理的直接数值校正方法.该方法不受流体饱和温度限制,可对坐标和速度矢量进行同步校正,壁面附近的光学畸变也能够进行较好还原,同时不需要额外的辅助设备.采用Fortran语言编制了通用的计算机代码,只需改变程序相关输入参数,即可应用于其他条件下的图像校正.使用方形规则化网格对其进行了验证,误差不超过3%.对于双层圆形管壁内低温气液两相流动的PIV流场测量实验,该方法能够给出满意的校正结果.
     

气固两相射流瞬时速度场和浓度场的PIV研究

为深入了解气固两相流的瞬态特性,利用自行建立的粒子图像测速(PIV)系统对出口内径为10mm的气固两相自由射流流场进行了实验研究。将小粒子(粒径在1μm左右)和大粒子(粒径大约100μm)混合后,添加到气流中,应用PIV技术获得的图像,经处理后分裂成气相和固相两组PIV图像,通过数据处理后,得到了瞬时的气固两相速度场和固相浓度场的分布,同时对气固两相流动特性进行了分析,证实利用PIV技术可有效实现气固两相流的测量。     

液力变矩器泵轮内部流动PIV测试与分析

为了能够设计出性能优良的液力变矩器,合理利用内部流动规律来提高效率,更好地分析其内部流动情况,利用有机玻璃来制作液力变矩器的模型,进而增加模型的透明性,实现液力变矩器泵轮内部流动的可视化,采用激光粒子测速技术(particle image velocimetry,PIV)对液力变矩器泵轮内部流场进行测试.针对不同工况下的液力变矩器泵轮内部流场进行试验,采集了其内部流场在制动工况(i=0)、牵引工况(i=i*)和空载工况(i=1)的径向和轴向的流动二维图像,并作了定性分析.结果表明:通过采集的图像可清晰地看到代表液流流动的示踪粒子的速度大小和方向;利用PIV测试技术测量液力变矩器内部流场是可行的.     

水平携带床的粒子图像测试技术测试方案

介绍了粒子图像测试技术(PIV)原理,分类,设备组成,以及利用PIV分析气固两相流的研究现状;为了研究生物质颗粒在等离子体快速热解液化设备的水平携带床中的运动,根据PIV分析对光路的要求,设计制造了一套透明的冷态模拟装置,提出了相应的PIV测试方案;并从生物质颗粒粒径大小,拍摄区浓度,拍摄间隔时间,光的折射等几个方面进行分析,最后得出结论：利用该套PIV测试方案研究水平携带床内生物质颗粒的运动有着广阔的前景。     

Review on development of volumetric particle image velocimetry

Volumetric particle image velocimetry （PIV） is a laser technique measuring three-component velocity field in a volume. Common volumetric PIV techniques are defocusing PIV, multi-view PIV and holographic PIV. Tomographic PIV is an advanced approach of multi-view PIV, which significantly improves the spatial resolution of the measurement by using the multiplicative algebraic reconstruction technique （MART） to reconstruct the particle field. Due to the rapid progress being made in volumetric PIV meas- urements, this article focuses on introducing the principles of different volumetric PIV methods from aspects of particle recon- struction and velocity reconstruction. Advantages and limitations on applications are elaborated. Issues specific to volumetric PIV regarding illumination, digital imaging, depth of focus, ghost particle and spatial resolution are discussed.     

柱状曲面容器内粒子图像测速中径向畸变校正方法

针对粒子图像测速（PIV）中速度矢量由于折射率引起的光学畸变进行了系统校正研究,提出了一种用于柱状曲面容器内PIV测量的径向光学畸变校正方法。并应用于泰勒一库埃特流测量的校正。     

水流空心涡带流场的PIV测试与分析

采用PIV激光内流测试技术,在实验室内对水流的空心涡带的实验测量方法进行研究,主要介绍对轴向面上的流动测量,对涡带附近测得的数据采用特殊处理方法,该方法能够有效测出水流运动的速度场分布,为水力机械涡带内流PIV测试提供依据。     

实体模型表面流场、河势测量中图像技术应用研究进展

介绍了粒子图像测速技术(PIV)引入水流研究的历程,结合近10年来图像技术的应用及发展情况,讨论了将图像技术应用到流场及河势测试中的图像识别、边缘检测等关键问题的研究进展,并对相关的测试理论进行了探讨.指出,对河工模型表面流场测量中的图像畸变矫正、示踪粒子在三维水流中的跟随性、浑水条件下表面流场的测量以及河势的实时自动提取方面还有待进一步深入研究,将图像技术获得的流场、河势信息与数值模拟相结合实现实时混合模拟是今后的研究方向.     

高压共轨燃油喷雾PIV测试方法及结果分析

为了更好地研究高压共轨燃油喷射系统的喷雾特性,设计了适用于PIV测量的喷雾测试系统,使用美国TSI公司的PIV设备对高压共轨燃油喷射系统在100 Mpa喷射压力下的油束进行了测试,获得了喷雾发展的图像,并使用该公司提供的图像处理软件Insight对试验图像进行了分析处理,初步分析得到喷雾场速度场图.     

小流量下尾水管锥管内流的PIV测试试验研究

采用PIV激光内流测试设备对一个改进的HL220转轮模型试验所使用的尾水管锥管流场进行了测试,并对所测试各截面上的流场分布进行了详细的分析,研究了小流量工况下锥管径向面和于午面上的流场分布规律．结果表明：在小流量工况下,尾水管锥管内的瞬态流场呈现出明显的非定常特征,锥管中心处存在明显的回流,管壁处存在涡流;不仅小流量工况下的流场与最优工况下流场存在明显区别,小流量工况下瞬态流场与时均化流场的分布规律之间也存在一定的差异．PIV测试中采集收集的实验数据,有助于混流式水轮机小流量下尾水管非稳定性分析的内在机理研究,为CFD分析提供对比依据．     

针阵列对板电晕放电对副流感病毒灭活的研究

副流感病毒(PIV)液膜或气溶胶经过针阵列对板电晕放电处理,对收集处理前后的病毒液进行血凝效价和血红蛋白值(OD值)分析,确证非热放电对病毒的灭活作用.结果显示,液膜中87.5%以上的病毒经15 min放电处理即被灭活;气溶胶中50%以上的病毒经一次放电处理后即被灭活.分析认为,非热放电产生的高能电子、紫外光及自由基对空气中携带的PIV病毒具有高效的灭活作用;针阵列对板电晕放电电场同时有利于高效捕获空气中的PIV病毒载体,从而在放电场中灭活PIV病毒.     

组合桨液相搅拌槽内流动特性的实验研究及数值模拟

采用粒子图像测速技术 (PIV),对直径为0.19 m的三层组合桨 (HEDT+2WH) 搅拌槽 (直径为0.48 m) 内的流场进行了实验研究,并利用标准 k-ε 模型对相应的流动特性进行了数值模拟。实验结果表明：通过改变层间距、顶层桨的浸没深度及上两层桨的操作方式可以得到4种不同流型,每种流型内循环结构的数目各不相同;上两层桨下压式操作时,流场的循环结构最少,只有两个;高速区和高能量区的分布相同,都位于各个桨叶的射流区内,且底桨射流区内的速度值和湍流动能值都大于上两层桨。模拟结果表明：标准 k-ε 模型对流场的预测较为准确,但对于有5个循环结构的流型模拟误差较大;湍流动能分布型式的模拟值与PIV实验结果吻合较好,但数值偏低,表明标准 k-ε 模型在预测复杂流型时需要改进;功率准数的模拟值与实验值基本一致。