内燃机燃烧室流场PIV测试中示踪粒子跟随性分析

从紊流理论出发,对处于紊流流场中的示踪粒子进行受力分析,根据粒子图像测速(PIV)中的实际要求与BBO(Basset-Boussinesq-Oseen)方程的不同,建立了紊流流场中示踪粒子的模型;推导出适应内燃机燃烧室流场PIV测试的示踪粒子跟随性计算公式,得出在该买验条件下,示踪粒子直径小于19．2μm时,PIV测试会取得较好结果。     

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．     

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。     

突扩巷道模型内流场的PIV实验

为改善实验方法,推进矿井通风基础理论研究,将粒子图像测速技术(PIV)引入矿井通风研究领域。介绍了PIV的工作原理、系统组成和示踪粒子的选取原则。以粒径为0. 2～2μm的光扩散剂做示踪粒子测试了巷道突扩模型内的流场结构。结果表明,井巷风流遇断面突扩后会产生大范围的回流,同时在主流与回流区之间会产生小尺度的二次涡系,即回流区为多涡并存的情况,主流与各尺度涡间产生激烈的能量交换造成能量损失;二次涡系形成的区域风流极度紊乱,影响风速测试;整个回流区明显低于主流流速,有毒有害气体和粉尘可长期滞留在涡旋内形成安全隐患。实验表明,与传统的单点接触式测量方法相比,PIV可以获得更多的湍流流动细节,有助于人们更加深入的认识井巷内气体流动的本质。     

液力偶合器漩涡流场PIV试验测量影响因素分析

为了实现液力偶合器漩涡流场高精度试验测量,研究粒子图像测速(PIV)流场试验测量环节的主要误差来源,分析示踪粒子选择、图像采集策略和流速提取算法对流场测量精度的影响,提出降减和消除误差的途径与方法.研究结果表明:在容积为2 710 m L的水介质液力偶合器中投入1.0 g等效直径为1.5μm的PSP示踪粒子,图像采集效果好且粒子浓度满足PIV测速要求;将液力偶合器外壁表面设计为大平面采集区域能够有效地避免反光现象,并降低离轴角误差和光路折射误差;采用递归互相关算法,使用自适应查询区域分析方法,通过3次迭代计算,能够更好地提取主流区域上大尺度漩涡流动特征和局部角隅区域上小尺度涡旋结构特征.     

吸波微粒的散射和吸收特性

利用Lorenz-Mie散射理论,解出了吸波涂层中吸波微粒的散射、消光和吸收特性.讨论了吸波微粒在粒径不大于100μm范围内的散射与吸收特性:吸波微粒在此粒径范围内吸收远大于散射,在考虑涂层中的辐射传输时散射可以忽略不计;磁性粒子由于磁损耗,其吸收远大于具有相同介电常数和粒径的非磁性粒子;与非磁性粒子不同,在此范围内磁性粒子具有很强的前向散射性质.     

风沙流中沙粒相输移的测量

在风洞内对风沙流中运动沙粒进行了粒子图像速度场（PIV）测量，通过调整进光量和降噪处理得到了满意的PIV图像与沙粒相的速度场．结果表明颗粒在空中的运动受到球形度、风速的影响：在1m／s来流风速下，在固定点处50～63μm沉降沙粒的垂向速度随时间的变化出现双峰性，其时均值抹平了瞬时速度的波动；随着风速的增大，沙粒受气流脉动作用的影响越发显著，当来流风速增大到3．5m／s时，观察域内的63～80μm沙粒处于悬移状态；当来流风速为5m／s时，整个测量流场内沙粒的垂向速度的平均值为正值，方向向上．采用图像处理的数字掩码技术，处理图像得到了沙粒在流场中的面密度以及单宽输沙率．分析指出实验的误差主要是由沙粒的粒径尺寸和沙粒图像形心位置的不确定性所造成，且提出减小误差的措施．     

气溶胶在通风柜中沉积率和逸出率的实验研究

为研究粒径、开方面风速和热源温度对气溶胶在通风柜内沉积率和逸出率的影响,本文以粒径为1μm、2.5μm、5μm和8μm的气溶胶为实验材料,通风柜开放面风速分别取0.5 m/s和1 m/s,热源温度分别为300 K、523 K和753 K,进行实验研究.实验结果表明,气溶胶在通风柜内的沉积率和逸出率与粒径、开放面风速以及热源温度有关,其中:1)在1μm~8μm内,随着气溶胶粒子粒径的增大,气溶胶粒子在通风柜中的沉积率升高,逸出率降低;2)当开放面风速由0.5 m/s增加到1 m/s时,气溶胶粒子的沉积率和逸出率均降低;3)在300 K~753 K内,随着热源温度的升高,气溶胶粒子的沉积率降低,而气溶胶的逸出率随之升高.     

ZrC颗粒增强低碳锰钢的显微组织与性能

以粒径为0.2～1.0μm的ZrC颗粒为增强相,采用压入铸造法制备含ZrC粒子的试验钢,通过热模拟实验、性能测试、透射电镜等方法,研究ZrC粒子对钢的组织细化和力学性能的影响.研究结果表明:ZrC粒子在基体20Mn2钢中分布均匀,能细化基体晶粒;在轧制过程中,ZrC粒子能加速形变诱导铁素体相变的进程,导致组织超细化;当ZrC粒子的平均粒径为0.4μm、加入量(体积分数)为0.5％时,实验室轧后水冷可获得晶粒粒径为3.9μm的9mm中板,材料的屈服强度提高58％,综合性能显著提高,这主要归因于微米ZrC增强相良好的细晶强化及第二相强化作用.     

微通道内流的微尺度粒子图像测速技术实验研究

采用微流动粒子图像测速技术Micro-PIV对0.4~0.8 mm的方形截面微通道流场进行了研究.实验选取3μm的荧光染色微球作为示踪粒子,使用532 nm激光、12位灰阶电荷耦合器件(CCD)相机及10倍显微物镜得到粒子图像.通过背景噪声处理技术提高了图像信噪比,并采用系综相关及回归算法得到了微通道截面的速度分布,测量的空间分辨率达到23.68μm×23.68μm×15.64μm.为了消除壁面随机粗糙分布的影响,采用沿流向进行空间平均方法得到了充分发展的方形截面微通道速度分布.将测量结果与方形截面理论幂函数速度廓线进行比较发现:微通道近壁区流场受到扰动的强弱和流道尺寸直接相关,除近壁区外的大部分区域速度分布与矩形截面流道理论速度分布符合良好.