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．     

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。     

利用PIV技术对柴油机高压喷雾流场的可视化研究

研究不同喷雾时刻及介质状态变化对柴油喷雾流场的影响.采用PIV(particle image velocimetry)激光测试技术对高压柴油喷雾流场进行速度场测量实验.实验时利用前次喷雾的液滴作为示踪粒子对当次喷雾进行速度场计算.分别进行了单次喷雾时刻、喷油压力、介质密度不同时的喷雾实验.喷雾过程中在雾注前锋周围会形成卷吸涡,且其强度随喷雾的发展及喷油压力的提高而增加;当介质密度增加后,雾注前锋贯穿速度降低,相对速度增加.柴油喷雾过程中形成的卷吸涡有利于柴油向周围空气的扩散,提高喷油压力可以有效地强化这种效果;介质密度增加使液滴密集度增加,对油气扩散混合有不利影响.     

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。     

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。     

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.     

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。     

准定常流动瞬态速度场的一种PIV查询算法

边界层转捩过程的瞬态PIV测量一直是实验流体力学的难点。实际条件下,一些干扰因素如强剪切、低粒子浓度等会造成初次运算结果出错,从而导致迭代运算的最后结果精度降低。提出了一种准定常条件下瞬态速度场的粒子图像测速分析算法。对于粒子图像序列首先采用相关求和方法获得时间序列的平均速度场,然后以此为参考速度场估算出每一帧瞬态粒子图像对应速度场。该方法有效地克服了由于强剪切、低粒子浓度产生的干扰因素,提高了瞬态测量精度。本文同时讨论了它的适用范围。     

基于PIV技术的钢包临界卷渣行为水模型研究

基于粒子图像测速( particle image velocimetry, PIV)技术,通过水模型研究临界卷渣条件下卷渣过程和钢包流场特征,解析临界卷渣从发生到结束的整个过程卷渣处流场速度的变化情况,并定量分析炉渣运动黏度对临界卷渣速度的影响。将临界卷渣速度的实验检测值与传统理论计算值进行比较和讨论。研究结果表明：临界卷渣过程从开始到结束可细分为八个不同阶段,卷渣处流场速度变化在这八个阶段中先增大后减小再增大;炉渣运动黏度对卷渣具有重要影响,炉渣运动黏度越大,临界气量和临界卷渣速度越大,并且临界卷渣速度与炉渣运动黏度的关系更具线性相关性。实验拟合得到炉渣运动黏度与临界卷渣速度的关系式。最后根据传统理论计算模型和实测结果提出实验条件下修正的临界卷渣速度表达式。     

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。     

用三维PIV技术研究压气机转子尖部的非定常复杂流动

在大型低速压气机实验台上,基于现有粒子图象测速（PIV）系统,发展适用于多级叶轮机械转子内非定常流场测量的三维PIV技术,对转子尖部的非定常复杂流动瞬态速度场进行详细测量,研究其各种旋涡结构、生成演化机制、相互作用、湍流的形成机制、对损失的贡献及对失速的影响。为内流研究提供先进实验手段,并为数值模拟和湍流模型提供新的基本实验数据。     

墩柱周围水流表层涡漩区宽度的试验研究

墩柱周围水流涡漩区为航行的不安全区域,该区域宽度的确定对通航河流桥梁附近航道及桥梁设计具有重要意义．采用粒子图像测速技术,对直槽和弯槽中圆柱周围近区表层的速度分布进行了测量．依据所测得数据,可知墩柱周围涡漩区的宽度与墩前行近水流条件、河槽弯曲情况等因素有关;并得到了圆形墩柱两侧水流表层涡漩区宽度与弗汝德数的相关关系．     

水下螺旋桨尾流水面响应特性试验研究

用表面粒子图像测速技术,对水下螺旋桨旋转产生尾流传播至表面的流动特征进行试验研究.结果表明,螺旋桨作用下的自由表面流场响应是一个非定常的演化过程,总体可分为初始扰动和漩涡演化两个阶段.在初始扰动阶段,水面观测区域出现一个速度辐射中心、一个速度汇聚中心及两个区域间的x负方向主流动,涡量反差数有一个短时间的小幅度升降过程.在漩涡演化阶段,水面观测区域出现一对旋转方向相反、涡量大小几乎相同的涡对,并向x正方向传播,涡量反差数有一个长时间的大幅度升降过程.对不同转速和动量源的不用作用时间的系列试验结果表明:水下螺旋桨尾流传播至表面产生的漩涡强度特征可用涡量反差数峰值界定,而且涡量反差数峰值与限制数存在幂函数关系.     

滨海斜坡复式护岸断面波浪爬坡试验研究

通过物理模型试验,研究了不规则波作用下滨海斜坡复式护岸断面波浪最大爬坡距离和爬坡流厚度,探讨了最大爬坡距离和爬坡流厚度的影响因素及其影响规律,发现两者都随着护岸前沿平均越浪量的增大而增大,同时随着距护岸前沿距离的增大,爬坡流厚度减小.在此基础上建立了爬坡距离和爬坡流厚度与各影响因素的关系,并参考相关研究成果讨论了比尺效应对试验结果的影响,当坡度小于1∶8时,比尺效应的影响在5%以内.研究结果可为工程设计和相应的数值计算提供参考.     

用PIV进行静电旋风除尘器流场的测定

研究静电旋风除尘器内的流场。采用ＰＩＶ（粒子图像速度场仪）对不同进口流速、不同截面位置的流场进行了测定。试验结果表明,在静电旋风除尘器的捕集空间内,径向速度值很小,切向速度沿轴向及径向的变化很大。应用ＰＩＶ测定流场具有流场完全无干扰,一次能够测量整个视场等优点。     

贴壁方柱湍流场高分辨率PIV实验研究

采用粒子图像速度场测试技术(PIV),测量了低速循环水槽中贴壁二维方柱湍流场.实验中采用了1 100万像素CCD相机,所测得的速度矢量空间分辨率达0.72 mm×0.72 mm.通过对该分离再附湍流的1 500个瞬时速度场数据进行统计分析,获得时均速度场及时均再附点精确位置,并得到了流向、法向速度分量的脉动强度和涡量场.此外,从流场回流因子分布可知低速回流区在法向的振荡幅度为0.15D(D为方柱截面边长),而沿流向上下游的振荡幅度分别为0.5D和2D,表明旋涡相干结构输运、再附过程以及回流区的低频振荡对流场影响较大.     

管内插螺旋液固两相流流场特征影响因素试验

为探究雷诺数、颗粒体积分数和颗粒粒径对内插螺旋液固两相流复合技术流场特征的影响,采用粒子图像处理技术试验研究管内流体涡量、径向速度及湍动能分布规律。结果表明：整体平均涡量、近壁区域平均涡量、径向速度峰值均与雷诺数、颗粒体积分数呈正相关,但与颗粒粒径呈负相关;径向速度均呈正负波动,且近壁区域平均涡量比整体平均涡量增幅大;在试验范围内,Re为33 000比Re为26 400的平均湍动能提高81.7%,颗粒体积分数为5%比体积分数为1%的平均湍动能提高16.7%,颗粒粒径为1.5 mm比颗粒粒径为5 mm的平均湍动能提高9.83%。     

低比转数离心泵内流场的PIV试验研究

为了揭示低比转数离心泵内部流动特征,采用粒子图像测试(PIV)技术对3个工况6个不同相位离心泵内的流动情况进行了试验研究,获得了泵内的动压及速度矢量的分布情况.试验结果表明:设计工况下,不同相位叶轮各流道内的动压分布基本一致,且随着半径的增加,动压值也有所增加;在t=0和t=2T/6相位,相位不同工况w/u比值的最大值靠近吸力面处,而在t=4T/6相位,最大值出现在流道中间区域,这说明隔舌对于流道内的速度分布有较大影响;随着流量的增加,蜗壳内的绝对速度也随之增加,在同一工况的不同相位,蜗壳内的速度基本相同.     

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 .     

旋转床内流体微观流动PIV研究

采用粒子图像成像技术（PIV）测定了旋转床空腔区内液滴尺寸和液体的流动速度,研究了填料厚度和转速对空腔区内液滴平均直径的影响,得到的液滴平均直径范围为0.15~0.9 mm。利用粒子图像成像技术观测了空腔区内流体流动情况,验证了旋转床内径处存在流动端效应区。对测量得到的速度进行了关联,得到了旋转床空腔区内液滴速度的关联式。最后通过引入切向相对速度差σ,得到了设计中所需最小填料径向厚度为10cm。