浸没式植被对异重流运动特性的影响

为研究异重流流经浸没式植被时的运动特性,以天然河道中的植被为原型,对植被环境中异重流的运动规律进行了试验研究,并采用异重流头部(最前缘)速度代表其运动速度.研究结果表明,异重流流经短植被群(长度30 cm、高度3 cm)时大部分异重流在植被顶部向前运动,流过植被后依然保持典型轮廓,呈现一个先加速、后匀速、然后迅速减速、最后缓慢线性减速的运动过程;流经长植被群(长度80 cm、高度6 cm)时大部分异重流被阻挡于植被后方,仅有少部分异重流流出植被后缓慢向前运动,呈现先加速、后匀速、然后迅速减速、最后缓慢运动的过程.异重流运动过程分为坍塌阶段和自相似阶段,植被的阻挡效应可以减小坍塌阶段向自相似阶段的转化点,并且转化点与植被阻挡效应呈负相关,但与异重流浓度关系不显著.异重流与环境水体掺混界面涡度值为正,与水平底床界面涡度值为负;当植被的阻挡效应较强时,异重流流出植被后掺混和卷吸作用较弱,且出流量与异重流浓度呈正相关.     

异重流在不同粗糙底床上运动特性的实验研究

进行一系列开闸式异重流水槽实验,考虑三种不同底床粗糙度对异重流运动特性的影响.通过高速摄像机拍摄异重流的运动过程,并利用粒子图像测速技术(PIV)记录局部流场结构.结果表明:异重流运动过程分为滑塌阶段和自相似阶段,底床粗糙度可以改变异重流的运动状态,尤其是通过底床附加阻力降低异重流头部速度并迫使其更早进入自相似阶段,但是对滑塌阶段速度影响不显著.异重流的弗劳德数在滑塌阶段变化不显著,而在自相似阶段呈现递减趋势;掺混系数随头部位置和理查德森数增大均呈现递减趋势,而粗糙底床可以加强掺混,增大掺混系数.异重流上界面与环境水体掺混形成正涡度带,下界面由于底床无滑移条件和底床流场结构的多方向性形成正负涡度带交错的现象,并且异重流剖面速度峰值会出现抬升现象.     

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。     

河口航道双丁坝影响下异重流运动特性

在河口地区，由密度梯度驱动而产生的异重流是影响航道内泥沙输移的重要因素之一。作为航道整治中常见的建筑物，丁坝群可以缓解航道的泥沙淤积问题、提高通航能力。为探究双丁坝对异重流运动特性的影响，运用粒子图像测速系统（PIV）开展了开闸式异重流实验，研究了在不同束窄系数情况下，航道异重流稳定阶段内的流场及湍流特性，并对比分析了异重流在两个丁坝位置特征断面处的单宽流量及总流量。结果表明，双丁坝改变了航道内的流场，异重流在经过束窄断面后会向第二个丁坝后部区域横向扩散，进而使得流速加大、高度降低；异重流在两个丁坝束窄断面的单宽流量近似相同，且与束窄系数无关；异重流在束窄断面的总流量与断面宽度成正比，在实际工程中可以通过适当调整丁坝长度来控制侵入航道的异重流总量。     

开闸式异重流锋速转变的一个判据

异重流是两种流体因密度差异产生的流动,是自然和工业生产部门中常见的现象.开闸式异重流是异重流研究的常用和典型模型.本文利用时间解析粒子图像速度仪(TR-PIV)测量了水槽中的开闸式异重流流场.实验中观察到异重流传播过程中从锋速,即头部速度为常数的初始坍塌阶段进入到锋速按时间的-1/3次幂递减的自相似阶段时,水平流速的速度剖面会发生振荡现象.该振荡是由开闸时传至左端壁而反射的波动引起的.这种振荡现象可作为开闸式异重流锋速转变的一个判据.     

DPIV技术在絮凝池流场特性研究中的应用

利用数字粒子图像测速（DPIV）技术对往复隔板絮凝池中的复杂流场进行测量，分析池内水流特性对絮凝效果的影响机制。结果表明，絮凝池廊道头部流场对絮凝效果有很大影响。为改善絮凝池的流场，可增大池内的有效空间。     

旋流燃烧室内湍流流动的PIV实验研究

建立了微型燃气轮机旋流燃烧室实验台．采用二维粒子图像测速技术(PIV)测量了旋流燃烧室火焰筒内冷态速度场．旋流燃烧室主要由3个旋流器和1个侧壁开有测试视窗的圆筒段组成．在空气流量为0．114m^3／s的工况下，得到了燃烧室火焰筒内气体时均切向速度分布及旋流燃烧室火焰筒中心截面和不同轴向横截面位置的速度矢量分布图．实验结果及其分析为旋流燃烧室的数值模拟计算和进一步的实验研究提供了基础．     

工业锅炉炉内空气动力特性的PIV分析

工业锅炉炉内空气动力特性的研究对保证工业锅炉的正常工作具有重要的意义。利用粒子图像测速(PIV)技术研究旋流燃烧器一次风、二次风不同扩口角度和二次风旋流强度对炉内空气动力场的影响,结果表明,一次风扩口角度的增加使中心回流区由大变小,二次风扩口角度和旋流强度的增加均使中心回流区增大;射流边界随着一次风扩口角度的增加而减小,随二次风扩口角度和二次风旋流强度的增加而增加。研究结果可为工业锅炉和燃烧器的设计、改造和运行提供借鉴。     

LDV/PIV全场速度测量的误差分析

针对激光多普勒测速和激光粒子图像速度场测量的实验结果误差，提出了一种基于不可压缩流连续性的全场综合误差分析方法，通过对轴对称旋转流动全场实验测量结果的误差分析发现，其实际全场测速综合误差虽然都小于4％，但比仪器厂商所给出的理想环境下的系统误差大得多。     

内燃机缸内流场PIV测试技术中获取数 …

把ＰＩＶ流场测量技术用于内燃机缸内流场的研究，并提出了一种从ＰＩＶ粒子图像中获得速度信息的新方法，使计算速度更快，测量结果的可靠性更高。     

移动最小二乘法在 PIV迭代过程中的应用

提出了一种增强粒子图像测速（PIV）技术中图片变形迭代查询算法稳定性的方法,在迭代计算过程中用移动最小二乘法（MLS）来拟合互相关计算得到的位移场．合成图片的评估显示：MLS能很好地增强算法的稳定性,并且有很好的空间分辨率特性,在一定程度上改善了算法的精度．真实流场的评估也显示MLS能增强算法的稳定性．同时MLS的加入不会明显增加计算时间．     

内燃机缸内流场PIV测试技术中获取数据的方法

把 PIV流场测量技术用于内燃机缸内流场的研究 ,并提出了一种从 PIV粒子图像中获得速度信息的新方法 ,使计算速度更快 ,测量结果的可靠性更高 .     

基于 PIV 技术的板坯连铸结晶器内钢水流动行为研究

利用粒子图像测速技术,以200 mm×2040 mm板坯连铸结晶器为原型,建立1：4水模型进行实验,对结晶器内钢液流动形态、流速及各流态所占比例、液面波动、以水口为中心结晶器两侧对称点速度随时间的变化、水口两侧液面水平流速、水口两侧对称位置液面至结晶器底部垂直方向速度和钢液对两侧窄面的冲击深度进行系统地研究和分析,并对比拉速的影响.研究表明,粒子图像测速技术不仅可以测量结晶器内流场流速,还可以对流场对称性进行全方位、多角度定量分析,为研究连铸参数变化,比如拉速、水口结构和水口浸入深度,对板坯连铸结晶器内钢液流动及对称性的影响提供一种较为精确的方法和思路.通过分析得出,在本实验条件下拉速0.5 m·min-1优于0.6 m·min-1.     

过渡流态下槽道流动间歇性结构PIV实验研究

为了研究槽道湍流与层流过渡流态下流场中的大尺度流动结构,采用粒子图像测速仪对过渡雷诺数下平板槽道内的流场进行了定量测量,捕捉到了高速区域与低速区域相间的瞬时流场,并基于Taylor假设对所测流场进行了重构,从多个瞬时流场中提取出大尺度条纹状结构。结果表明:这种条纹结构与流动方向之间存在一定的夹角,大约为25°～30°;倾斜因子和平坦因子的绝对值随雷诺数的减小而减小,即湍流猝发事件减少,间歇性减弱,流动趋于有序,逐渐向层流转化。从流场及统计量的变化还可以看出:当1 300≤Rem≤1 600时,流场的变化最显著。     

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。     

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。     

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.
     

粒子图像时间间隔对体视PIV测量误差的影响

体视粒子图像测速(stereoscopic particle image velocimetry, SPIV)技术是根据2台相机各自连续拍摄的至少2帧粒子图像测量平面三维流场,其测量结果的精度与粒子图像时间间隔的设置有关。利用层流和明渠紊流实验数据,分析粒子图像时间间隔对SPIV测量精度的影响,结果表明:当时间间隔满足1/4准则时,层流整体测量精度随时间间隔的增加而提高,但在速度梯度较大区域,当判读窗口内粒子间位移差不满足2/3准则时,测量精度会随时间间隔的增加而降低;明渠紊流外区测量精度未发现随时间间隔发生显著变化,但近壁区过大的速度梯度使2/3准则不再被满足,测量精度随时间间隔增加而显著降低;当不满足1/4准则时,各流动的测量误差均增大。利用SPIV开展平面三维流场测量时应遵循以下实用原则:粒子图像时间间隔应满足1/4准则,在此基础上,速度梯度较小的流动尽量使用较大的时间间隔,而速度梯度较大的流动宜取满足2/3准则条件的最大时间间隔。     

人工神经网络在图像测速技术中的应用

为了准确、快速地进行图像测速,介绍了一种前向三层自组织竞争人工神经网络,并将其应用于图像测速技术的粒子轨迹测速中。人工神经网络在图像测速技术中的应用才刚刚起步,该方法利用神经网络智能与快速的特点完成粒子的匹配,从而获得流场的速度。与以往的算法相比,神经网络方法具有检测准确和速度快的优点,但对图像质量要求较高。在恒定流流动表面流速的测量和Ｏｓｓｅｎ涡的模拟中分别使用了神经网络方法,获得了良好的测量结果,并证明了该方法在图像测速技术中的应用潜力。     

半岛浅水尾流近区流动特性的实验研究

采用数字粒子图像测速(DPIV)技术,在长30?m、宽3.5?m、高1?m的水槽中比较系统地测量了5种形状半岛模型在不同来流条件下的尾流区流场. 总结了时均流场和大尺度漩涡的运动规律,得到了控制尾流流动形式的稳定性参数的临界范围. 比较了不同半岛形状对尾流流动的影响,分析了半岛尾流近区不稳定流动的机制.