用PIV技术研究四角切圆锅炉燃烧器区冷态燃烧流场的湍流积分尺度

四角切圆锅炉内煤粉的燃烧过程对提高锅炉运行效率及NOx减排有着显著的现实意义.通过搭建四角切圆锅炉冷态模型,利用粒子成像测速技(Particle Image Velocimetry),采用空间相关分析方法,针对燃烧器区四角射流复杂湍流的涡拟序结构,开展基于湍流积分尺度来表征的3个典型水平层面涡尺度分布规律研究.通过对湍流积分尺度和时均速度的相关分析研究,认为冷态燃烧器区湍流涡尺度分布不仅与风口流速相关,同时还与风层位置密切相关,并不与风口流速呈线性变化规律,上一次风层涡尺度分布与其它两个风层的相比存在很大差异,因此湍流积分尺度的研究对煤粉高效洁净燃烧具有一定的理论指导意义.     

用PIV技术研究汽油机缸内流场的湍流积分尺度

对一台四气门单缸发动机进行了改装,以便于应用粒子图像速度仪(PIV)研究其在进气和压缩冲程缸内横截面内湍流积分尺度的演化过程.结果表明在整个过程中,缸内流场y方向的速度分量在x和y方向的两条空间平均积分尺度曲线一下一上,基本相互平行;x方向的速度分量在x和y方向的空间平均积分尺度的变化基本保持重合一致,随曲轴转角增大略有下降的趋势;在进气上止点后150°CA时y方向速度分量对x和y方向的空间平均积分尺度曲线同时跃升到峰值,此时整个流场积分尺度也达峰值,接近4.0mm;y方向速度分量成为影响整个流场积分尺度发展的主导因素.     

不同湿度下的云雾-不饱和空气湍流混合实验研究

本实验设计建造了一个80×80×100cm3的室内云雾腔,对不同环境湿度下的云雾-不饱和空气混合过程的湍流特征进行了实验研究,利用 PIV 技术,获得了混合过程中的速度场,得到了湍动能、脉动速度二阶结构函数、泰勒微尺度等物理量。结果表明:该实验测得的湍流泰勒微尺度为 mm 量级;云雾-不饱和空气混合过程的脉动速度场表现出明显的各向异性,随着不饱和环境湿度的增加脉动速度概率密度函数在尾部越来越偏离标准高斯分布;横向结构函数和纵向结构函数比值明显偏离基于均匀各向同性湍流的理论值。     

无剪切湍流混合层中被动标量扩散的实验研究

研究被动标量在无剪切湍流混合层中的扩散。实验在风洞中进行,用大小网格尺度比为2∶1的网格实现无剪切湍流混合层,用烟粒子作为测量用的示踪粒子同时作为被动标量形成浓度场,用PIV测量得到速度场同时用Mie散射测量得到高施密特数的浓度场,由此可以计算得到速度和浓度相关,并用实验数据直接检验大涡模拟中亚格子应力Smagorinsky模式和亚格子质量通量梯度模式。     

阀体后90°圆形弯管内部流场PIV测量及POD分析

利用激光粒子图像测速技术对阀体后90°圆截面弯管的内部流场进行测量,获取了弯管流场在不同来流流速及观测截面上的高分辨率瞬态速度场数据.分析了图像相关计算所获得的瞬态及时均速度场,对流场进行本征正交分解,并进一步分析重构脉动场中的涡结构特性.结果表明:流体流经蝶阀在弯管中形成卡门涡街,涡结构信息包含在本征正交分解低阶模态中,脉动场的模态重构可以还原涡的流动特性.     

基于光流算法的粒子图像测速技术研究

光流测量技术作为一种新的空气动力学实验技术,以其像素级分辨率的矢量场测量优势获得广泛的应用。光流测量技术使用光流约束方程,配合平滑限定条件,可以进行速度场测量,获得高分辨率的全局矢量场。首先通过研究积分最小化光流测速理论和算法,采用C++编写光流速度测量程序,然后通过3种典型人工位移图像对光流计算程序进行验证,并将结果和标准位移分布进行比对分析,以指导如何在实际应用中获得高精度光流速度场,最后进行小型风洞后向台阶实验,利用高速相机拍摄示踪粒子图像,使用光流计算程序获得速度矢量场,同采用互相关算法的粒子图像测速计算结果进行比较,体现出光流计算方法像素级分辨率的矢量场测量优势。     

大气边界层风速竖向相干函数实验研究

采用尖劈、格栅和粗糙元组合的被动湍流发生装置在TJ-2风洞中模拟了大气边界层流场,测量了模拟流场的平均风速剖面,湍流度剖面,湍流积分尺度和脉动风速功率谱等风场特性参数,重点分析了风速的竖向空间相干曲线.针对风速竖向空间相干曲线存在低频"掉头"的现象,给出了修正的指数衰减函数来进行拟合,完善了用传统的简化指数衰减函数来进行拟合时在低频处的不足,结果表明:笔者给出的风速竖向空间相干函数拟合效果更好.     

低旋流数旋进射流流动特性的PIV实验研究

采用粒子图像测速技术,研究了当雷诺数Re=4.5×104时低旋流数旋进射流的流动特性。针对3种不同旋流数（S=0、0.26和0.41）,对比分析了时均流向速度场、流向速度脉动强度场以及时均涡量场的变化规律。实验测量结果表明:随着旋流数的增加,流向速度大小及其脉动强度沿流向衰减加剧,而射流中心线上的速度脉动强度增强;因腔体壁面空间限制而产生的回流区向上游移动且尺度变小;外剪切层中旋涡的流向发展急剧衰减而内剪切层内的旋涡几乎不受影响。此外,结合速度谱和典型时刻的瞬态流场特征可知,旋流数增大后,旋进频率增大,而旋进现象发生的起始位置向上游移动,使得旋进偏转角度增大。     

贴壁方柱湍流场TR-PIV实验研究

采用时变粒子图像速度场测试技术(TR-PIV),对低速循环水槽中贴壁二维方柱绕流湍流场进行了细致的测量.通过对实验得到的30000个连续瞬态速度场进行分析,得到了时均速度场和流线图谱,以及流向、法向速度分量的脉动强度场和涡量场.此外,对脉动速度时序信号进行谱分析,得到了流场中低频大尺度相干结构脱落频率.通过对瞬态速度场的分析,揭示了贴壁方柱绕流的旋涡脱落及其发展过程.     

可控流场尺度预混湍流燃烧器及其火焰结构分析

为了研究单一湍流场参数对预混湍流火焰结构的影响，以及拓宽湍流场的强度和尺度范围，发展了一套可变结构的预混湍流燃烧器。采用恒温型热线风速仪标定流场，得到了一系列湍流参数。流场标定结果表明:该燃烧器能显著拓宽湍流强度和尺度范围，并能利用不同几何结构产生多种可控流场，实现研究单一湍流参数对湍流燃烧速度和火焰结构影响的目的。选用有代表性的15种湍流孔板组合结构，利用OH-PLIF燃烧激光诊断技术，开展了湍流燃烧实验，结果表明:湍流强度的增大（1 < u'/S_L，0 < 10）使得湍流火焰分区扩展到了薄层反应区，火焰面破碎程度明显增强，孤岛结构明显增多。高宏观雷诺数下，积分尺度的增长对湍流燃烧速度起抑制作用，可能存在临界宏观雷诺数Re_c，能够表现流体惯性力占主导地位的程度，决定积分尺度对湍流燃烧速度的影响效果。积分尺度能量大，扰动能力强，故积分尺度越大，火焰体积越大；但过高的湍流强度会使火焰面褶皱更加剧烈，小尺度叠加在大尺度上的程度增强，最终也使火焰体积显著增大，掩盖了积分尺度对火焰体积的影响，说明积分尺度（表征大尺度）不如湍流强度（表征叠加小尺度的程度）对火焰放热率影响大。     

矩形长宽比对射流中心线湍流特性的影响

采用热线风速仪技术，测量了在出口雷诺数15，000条件下的不同长宽比（AR=1~15）矩形射流中心线速度场。主要分析了矩形射流中心线上平均速度、频谱、湍流尺度等变化规律。结果表明:随着长宽比的增加，射流的脉动速度和湍流度在出口之后会显著增强，反映了卷吸周围流体能力显著增强。随着射流向下游发展（x/D_e>30），不同长宽比的矩形射流湍流能谱、概率密度函数、湍流尺度等统计量逐渐趋近于圆形射流规律，这是由于射流演化遵循动量向周围流体更高效传递的原理。     

基于狭缝湍射流多尺度特征研究的机舱条缝送风口内结构的优化设计

针对 MD-82真实客机座舱内现有的壁面条缝型送风口流场平均流速沿座舱轴向分布的不均匀性,提出了一种送风口条缝形芯内结构的设计,使条缝型送风口处气流混合更加均匀,湍流发展更充分,平均流速沿座舱轴向分布更加均匀。并利用热线测速技术,精细测量条缝型送风口流场进行验证。从吹风感舒适性要求出发,利用子波分析,对条缝型送风口流场不同位置的瞬时速度时间序列信号作多尺度湍涡成分分析。结果表明:加装了条缝形芯内结构的条缝送风口流场的气流脉动特征频率始终维持在21.83Hz 左右,而导致人最不舒适的空气速度脉动频率为0.2~0.6Hz,从而证实加装了条缝形芯内结构的条缝送风口流场的气流提高了人体感觉的舒适性。     

格栅湍流场风参数沿风洞轴向变化规律

格栅湍流场常用于各类风洞试验中,桥梁断面气动参数均与来流风参数有关。对不同格栅湍流场下的风参数沿风洞轴向变化的规律进行了研究,得出风参数主要与测点与格栅断面间距、格栅板条厚度和单元格栅边长有关。随着间距增加,平均风速短期内急剧衰减,然后趋于稳定。随着间距增加,来流湍流的总能量减小而主要能量迁移至高频区域:湍流度呈指数衰减,湍流积分尺度呈增长趋势;约化风谱形状保持相似,峰值对应约化频率值基本保持不变,但峰值变小。另外根据风参数的变化规律,调试出2类特定的湍流场参数:湍流度相似而湍流积分尺度不同的湍流场和湍流积分尺度相似而湍流度不同的湍流场,以便于详尽研究主要风参数对桥梁断面气动参数的影响。     

薄板结构气动导纳试验研究

结构的气动导纳是决定结构上气动荷载的重要参数。常用的Sears’气动导纳函数只描述了导纳与频率的关系。设计了拉条模型试验验证结构的气动导纳不单与频率有关 ,还与结构的特征尺寸、风场的特征参数有关。获得的三维气动导纳公式定量描述了导纳与频率n、湍流积分尺度Lw 和薄板宽度B的关系     

低矮建筑标模风荷载的主动湍流模拟试验研究

采用主动与被动湍流相结合的方法，在阵风风洞中模拟了不同湍流强度和湍流积分尺度的流场，开展了1:50低矮建筑标准模型测压试验研究。针对气流分离再附流动作用下的屋面中轴线区域和锥形涡作用下的屋面角部边缘区域，着重分析了不同来流湍流强度和顺风向湍流积分尺度影响下的风压变化规律。研究结果表明:湍流强度对气流分离作用下的迎风屋面屋檐区域以及锥形涡作用下的屋面角部边缘区域的平均风压系数、脉动风压系数和峰值负压系数均有显著影响；而湍流积分尺度对这些区域的平均风压系数影响甚微，脉动风压系数和峰值负压系数(绝对值)随湍流积分尺度的增大而有所增大。     

气动雾化喷嘴强化湍流扩散的实验研究

用热线风速仪对气动雾化喷嘴出口的气相湍流速度场进行测量，得到了气流的脉动速度及旋涡尺度分布。用浓度测量仪测量了喷嘴出口液相浓度的分布。研究表明，湍流脉动对细小雾滴的扩散具有促进作用，而气流的大尺度旋涡对液滴扩散的作用更加明显。内气路采用径向射流型式，可以增大气流的旋涡尺度，加强对液滴的扰动，因此对喷雾浓度的均匀分布大有益处。     

直升机对大气紊流的响应

本文研究了直升机在大气紊流中的响应。文中假设大气紊流是一个在时间上平稳、在空间上均匀的随机场,紊流速度在桨盘上是线性分布,并以Von Karman模型来描述其频谱。诱导速度采用涡流理论导出的非均匀分布模型。 本文以其典型直升机为算例,计算了直升机对大气紊流的响应,并分析各紊流分量对直升机响应值的影响。     

浦东地区近地强风特性观测研究

20 0 0年 8月当“派比安”和“杰拉华”台风接近上海时 ,浦东气象局的 1 0m高度极值风速记录超过 2 4m/s,笔者用超声风速仪在离地 2 0m高处采集到近 2 0h的三维强风样本。经过对实测风速数据的分析 ,得到了平均风速和风向、阵风因子、湍流度、湍流积分长度、摩阻速度以及湍流功率谱密度函数等强风特性 ,分析结果表明 :近地强风的湍流度和阵风因子较高 ,湍流积分长度约在 80m左右 ,水平 (纵向和横向 )湍流功率谱密度函数与Simiu谱基本一致 ,但垂直湍流功率谱与Panofsky谱相差较大。