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。     

处于过渡区的圆形负浮力射流最大射流高度的PIV实验分析

利用粒子图像测速(PIV-Particle Image Velocimetry)技术,对均匀环境流体中控制参数在2≤Fr≤8和100≤Re≤700范围内处于过渡区的圆形负浮力射流的最大射流高度进行了实验研究.通过回归分析,得到了无量纲最大射流高度zm与Fr及Fr、Re两个变量组合的定量关系式.     

单液滴撞击薄液膜后冠状结构的破碎过程

为了研究液滴撞击薄液膜后形成的冠状结构的破碎过程,搭建单液滴撞壁的光学观测系统,采用激光诱导荧光法研究单液滴撞击不同黏度薄液膜的过程.试验中采用无水乙醇作为入射液滴,丙三醇水溶液作为壁面液膜,观测液滴撞击薄液膜后形成的冠状结构的破碎过程,根据其破碎过程的特点分为3类:飞溅破碎、孔洞破碎和混合破碎.对每种破碎类型的特性,...     

非成岩水合物单喷嘴射流破碎规律实验研究

为了提高单喷嘴射流破碎采掘水合物的效率,推进海洋非成岩水合物固态流化开采的商业化进程,基于非成岩水合物替代试样,设计非成岩天然气水合物单喷嘴射流破碎实验方案,搭建单喷嘴射流破碎实验系统,研究射流时间、射流靶距、射流压力和喷嘴水平段直径等因素对替代样射流破碎深度和破碎体积的影响.研究结果表明:在所设的实验条件下,随时间增...     

新疆伊犁谷地重塑黄土抗拉强度试验研究

为研究伊犁黄土抗拉强度变化特征及拉张裂缝形成过程,采用自行研制的土体拉伸强度测定仪,并借助粒子图像测速(PIV)系统、核磁共振(NMR)技术及扫描电镜(SEM),对不同干密度、不同含水率的伊犁重塑黄土进行室内试验.结果表明:重塑黄土抗拉强度与含水率和干密度密切相关,随着含水率的下降,黄土抗拉强度呈上升趋势,且存在一个界...     

过渡流搅拌槽内单颗粒悬浮特性的实验研究

利用高速摄像技术对过渡流搅拌槽内单颗粒的运动特性进行捕捉,分析了搅拌雷诺数及桨叶离底高度对颗粒悬浮运动的影响规律,并使用二维粒子图像测速技术得到搅拌槽内的流场信息。研究结果表明：颗粒的临界悬浮转速随桨叶离底高度的降低而降低;桨叶离底高度对颗粒在槽底的运动影响较大;颗粒在垂直离底悬浮后,于桨盘下方附近螺旋上升或作持续的螺旋状圆周运动;搅拌雷诺数升高对颗粒垂直上升的最大高度和最大速度影响较小,但会减小垂直上升过程中桨盘的转动圈数;颗粒螺旋上升是由于轴向流场在颗粒停滞位置向两侧产生了分叉;颗粒的悬浮主要是由流体的主体流动引起的。     

基于光流法的粒子图像测速

以对粒子图像测速为目标,使用光流场针对数字图像建立整体光流模型,计算出粒子图像各像素点的速度场。对比不同粒子条件下的速度场从而获得符合光流法测试的粒子图像。采用了基于微分方程的Lucsa-kanade光流场计算方法,对流场显示进行定量化测速,实现对了流场的瞬态测量。光流法应用于粒子图像测速技术中,可用于速度场计算,也可用于修正原有的互相关算法得到的错误矢量。     

双层刚性植被明渠水流特性实验研究

基于粒子图像测速(PIV)技术对双层刚性植被水流进行了水槽实验,分析了植被在不同流量、水深以及不同植被排布方式下对水流的影响,研究了双层刚性植被水流的纵向流速、垂向流速和紊动强度等水力特性.实验结果表明:当水深和流量相同时,线性排列的植被对水流的抑制效应强于交错排列的植被;当植被排布方式相同,流量和水深在一定范围内增大时,植被对水流的抑制效应也随之增大;双层植被的存在,使水流的流动结构及紊动特性变得更为复杂,在植被层顶部附近物理量变化最为显著.     

转轮分离器风量和转速对叶片流道涡的影响

研究转轮分离器相邻叶片间的流场对理解其气固分离行为非常重要。为此,该文利用粒子图像测速(particle image velocimetry, PIV)测量了不同转速、风量下转轮分离器叶片流道间的流场,然后利用坐标变换算法分析了相对切向速度和径向速度随转速的变化,并定量分析了叶片流道间旋涡的位置和涡量随转速、风量的变化。实验结果表明:在实验范围内,随着转速提高,旋涡先往转轮外部移动,再往转轮内部移动;随着转速提高,旋涡涡量先增大后减小;随着风量提高,旋涡位置变化不明显,而旋涡涡量不断增大;随着转速提高,总分离效率先升高后降低,切割粒径先减小后增大。这种非单调趋势可以用叶片间旋涡位置的变化和流道入口处相对切向速度的变化来解释。基于坐标变换的转轮机械流场分析可以避免拍摄时相机定位的误差,也便于分析气体相对于转动叶轮的运动。     

应用粒子图像速度场仪测试圆柱绕流涡的结构

利用粒子图像速度场仪（PIV）的2帧互相关技术,在风洞中测量雷诺数为500的圆柱绕流.通过展示一个涡的产生、发展及脱落的连续瞬时速度矢量场、流线图、速度量级等势线图和涡量等势线图,分析圆柱后涡系发展及涡量输运规律.     

Application of the lattice Boltzmann method to electrohydrodynamics： Deformation and instability of liquid drops in electrostatic fields

It is attractive and meaningful to apply the lattice Boltzmann method (LBM) to electrohydrodynamic (EHD) problems. As an important and fundamental problem in EHD, the behavior of freely-suspended liquid drops subjected to electrostatic fields was simulated with a 2-D LBM by means of the permittiv- ity-density relation proposed by the authors and Peng’s multiphase LBM which can obtain high liquid-to-vapor density ratio and low liquid-phase compressibility. The phenomena and laws of deformation, especially the instable behavior of the liquid drops were well simulated. And two important critical parameters, i.e. the critical permittivity ratio and the critical electric-field strength were obtained. These results agree with the corresponding theories and experiments. The simulations show the particular advantages and potential of the LBM in studying multiphase electrohydrodynamic problems.     

Study on the breakup length of circular impinging jet

Circular impinging jet, which is widely used in accelerated control cooling (ACC) equipment to accelerate the cooling of hot rolled plates, is subject to breakup, and may result in undesirable cooling effect. Therefore, the jet breakup should be avoided as possible in industrial production. The objective of this study is to find the relation of the processing parameters of the ACC equipment versus the breakup length of jet with weaker turbulence. To obtain quantitative findings, not only relative experimental study but also numerical simulation was carded out. For a weaker turbulent water jet, the breakup length increases with the increase of jet diameter, as well as with the jet velocity; jet diameter has a significant effect on the breakup length for a certain flow rate when compared with jet velocity; finally a suggested correlation of the jet breakup length versus jet Weber number is presented in this study.     

电磁激励谐振对射流碎裂过程的促进作用

根据量纲一色散关系式数值计算得到的射流碎裂点最不稳定波数,在射流试验台上对平面液膜射流进行电磁激励谐振,采用闪光摄影技术对有无电磁激励谐振的液膜射流碎裂过程进行比较试验研究。结果表明:电磁激励谐振对于射流的碎裂过程影响很大,按照量纲一色散关系式计算所得的表面波最不稳定波数设置的电磁激励谐振能够大幅度缩短射流的碎裂长度,静止空气环境中射流的碎裂长度缩短了17%～60%,空气助力环境中射流的碎裂长度缩短了13%～52%,明显改善了一级雾化的效果。     

液体射流在旋转气体中分裂破碎机理研究

研究了旋转气流中空心柱液体射流的流动参数、喷嘴几何因素在液膜分裂破碎过程中的不稳定性作用,结果表明：液膜的分裂破碎主要是由表面张力引起的;液体Reynolds数在整个射流过程中起不稳定性的作用;在旋转气流中,内部气动力及内部旋转强度的变化,对液体射流的不稳定性没有影响,而外部气动力及外部旋转强度在液体射流的破碎过程中起着稳定性的作用;在旋转气流中．射流内半径与液膜厚度比起稳定性的作用。     

气流旋转对液体射流分裂与雾化的影响

为研究旋转气流对液体射流分裂与雾化的影响,建立了旋转气流中的空心柱形黏性液体射流三维模型,对气流旋转强度在射流分裂与雾化的作用进行分析计算.结果表明,低速射流的分裂破碎机理与高速射流的雾化机理不同.在低速射流中,内部气流旋转强度对射流的稳定性影响不大,但外部气流旋转强度却起着稳定性的作用;在高速射流过程中,内部气流旋转强度始终起着不稳定性的作用,而外部气流旋转强度对轴对称扰动的影响不大,但对非轴对称扰动均起着不稳定性的作用.     

剪切流场下液滴碰撞的流变特性

基于VOF液/液相界面追踪方法,建立了不可压缩水/油单乳液液滴动力学模型并进行数值求解,模拟研究了剪切流场条件下2个相同体积的液滴在碰撞过程中的相互作用及变形行为.观察了液滴碰撞过程中液滴的运动轨迹,并对相应的内在机理进行了分析.在剪切流场作用下,两液滴的碰撞过程分为接近、碰撞、分离3个阶段.由于碰撞过程中液滴间的相互挤推作用,液滴分离后,液滴间的侧向质心间距Δy/a增大.此外,分析了液滴碰撞过程中毛细数对液滴间相互作用的影响.两液滴在碰撞靠近过程中,在碰撞区中心处产生一个高压区,随着毛细数Ca从0.2增加到0.4,界面挤压变形越明显,液滴变形系数D也从0.32增加到0.51.     

自由淹没气体旋转射流速度场实验研究

为研究自由淹没气体旋转射流速度场规律,采用五孔探针对自行设计的旋流器形成的流场进行定量实验研究。测量4种不同旋流强度下的流场,计算得到了各分速度在不同截面上的量纲一分布图,并进行分析研究。结果证实:轴向速度分布在旋流器出口附近区域与旋流强度有关,在与射流轴心垂直的截面上呈"M"形分布,逐渐发展成"马鞍"状、正态分布,直至衰减到零;切向速度呈中心对称斜"S"状分布,不同截面上的最大值大致出现在同一量纲一半径处;径向速度在半径方向呈"~"形分布,比轴向速度和切向速度小1个数量级;轴向速度和切向速度沿轴向逐渐衰减,衰减随旋流强度增大而增快。     

城垛形喷口圆湍射流拟序结构的流动显示

用流动显示的方法研究了城垛形喷口对圆湍射流拟序结构的影响。实验中喷口流动Reynolds数为5000,Strouhal数为0.50。实验结果表明:城垛形喷口能够影响圆湍射流中大涡结构的产生和演化,进而控制湍射流。无动态激励时,该喷口对射流中拟序结构的影响与垛口数目和垛口高度有关。有动态激励时,城垛形喷口和声波扰动一起,在促进大涡结构的产生和演化方面,总是相互加强的。因此,城垛形喷口是控制圆湍射流拟序结构的一个有效途径。     

喷射火的双向人工扰流脱火效能研究

针对目前喷射火的施救方法存在效率低、代价高等缺陷,结合燃烧的脱火机理,提出了双向人工扰流脱火施救法,定义了双向人工扰流脱火三原理,并对其技术优势进行了分析,进而专门设计了实验装置并开展了脱火效能实验研究。实验结果表明：在相同的实验条件下,双向人工扰流相比单向人工扰流,最大脱火距离明显提高,并且两者呈相同的变化规律;在相同功耗条件下,双向人工扰流的脱火距离大于单向人工扰流;单双向人工扰流入射角度较小时均不能使火焰脱开,入射角度为30?时,火焰脱开距离最大,之后随着入射角度的增大逐渐减小。     

声悬浮条件下扇谐振荡液滴的内部流动规律

采用激光片光源照明和高速摄影技术,并使用聚苯乙烯微球作为示踪颗粒,研究了声悬浮条件下二阶和三阶扇谐振荡液滴的内部流场.耦合Level Set方法和标记网格法数值求解了不可压两相流的Navier-Stokes方程,模拟了液滴的扇谐振荡过程中的形态演化及其内部流动状态.数值计算的流场与实验结果吻合很好.对液滴扇谐振荡过程中的内部流速分布进行定量分析,发现流速在液滴中心区域几乎为零并沿液滴自由表面方向逐渐增大.二阶和三阶扇谐振荡的内部流速沿径向分别呈线性和二次函数分布并与理论预测结果相一致.