水流场PIV测试系统示踪粒子特性研究

粒子图像测速技术(PIV)是一种新的流场测量技术,通过对流场中的示踪粒子进行多次曝光成像,获得具有相关性的示踪粒子图像,利用软件对粒子图像进行处理后可得到被测流场的信息.水流场PIV测量利用合适的示踪粒子运动来表征流场状况,示踪粒子的特性对PIV最终测量结果影响很大.讨论了密度、直径、表面反射率等示踪粒子特性对系统实验测量的影响,并特别针对水流场斜入射离轴PIV测试,选择合适的特性参数设计研制了一种简单实用的水流场示踪粒子.通过在直径为100~200μm的聚苯乙烯微球上利用化学方法进行表面镀银,使示踪粒子具有高的光散射特性,实验结果表明这种微粒非常适合于水流场示踪.     

旋转雾场粒子分布的全息测量

介绍了用高斯光束照射光栅而形成的衍射光场照明粒子场的同轴全息方法可以有效地测量旋转流雾化场横截面上的ＳＭＤ分布。文中描述了照明光场的特点；简要地讨论了低噪声，无孪生象的原因；介绍了全息图的显示和判读系统。完成了对１９个喷嘴、７６个截面、１６００多个采样点的测量。为密度较高的粒子场提供了有实用价值的测量结果。最后给出了Ｎｏ．１号喷嘴四个截面上ＳＭＤ分布曲线     

结冰风洞试验段水滴分布特性分析

喷雾系统是结冰风洞的主要组成部分,在结冰风洞试验段直接进行不同状态粒子分布特性的测量,会耗费巨大的成本。为此,本文提出一种采用实验测试和数值计算相结合的手段研究结冰风洞试验段水滴分布特性的方法。通过搭建独立的喷雾粒子试验系统,得到喷嘴出口处的粒子分布特性,在此基础上,采用数值方法计算不同水滴在风洞内的运动及传质传热过程,得到不同水滴蒸发之后的直径,进而获得试验段粒子的分布特性。采用该方法对典型雾化状态下3m×2m结冰风洞试验段粒子分布特性进行了研究,对比了空气湿度的影响。研究发现:(1)喷嘴出口处的初始喷雾粒子与试验段的水滴均保持近似正态的分布,试验段的水滴平均直径(MVD)与初始MVD接近,蒸发不能引起明显的MVD变化;(2)虽然空气湿度越小,水滴蒸发量越大,但湿度为100%时试验段水滴的 MVD比湿度为70%时小。研究成果为结冰风洞喷雾系统设计和调试提供了较好的技术基础。     

光学4F系统象平面附近光强分布的研究

首先推导出光学４Ｆ系统的一般衍射变换公式，用不透明圆盘模型算出了象平面附近三维空间内的光强分布。根据计算结果，定义了象的归一化半径和象的变缘锐化率，给出了它们与粒子离物平面远场数之间的关系，从而定量地得出成象区、失真区和远场区的物理图象。最后，对粒子场测量中的粒径和空间位置测量的最小误差作了讨论。这些结果，对分析粒子的大小和分布是十分重要的，并在喷嘴雾化场测试中得到了应用。     

一种全息滤波用于粒子场层析的方法

本文介绍用4F傅里叶透镜系统和全息滤波器对粒子场分布作全息记录的原理和方法。理论和实验结果表明,这种记录方法能同时准确记录位于输入平面和在其前、后相同距离平面上的粒子分布,并能根据清晰的粒子像直接判读出粒子尺寸和空间位置。若应用不同的全息滤波器,就能在输出平面上记录与滤波器相匹配的三个层次平面上的粒子分布。这种用4F系统的全息滤波记录方法,实质上是用全息术测量粒子场分布的层析法。文中还介绍了制作这种全息滤波器的原理和方法。     

液体轴对称抛撒破碎和雾化的实验研究

对静止空气中液体轴对称抛撒的首次破碎及二次破碎进行了实验研究,通过纹影装置获得其首次破碎及二次破碎发展过程的纹影照片,通过激光散射粒子直径测量仪获得了二次破碎所形成雾化场的Sauter平均直径(SMD)随时间和空间的分布.实验结果表明,由于"Rayleigh-Taylor不稳定性"的发展,在液体抛撒所形成液核的前端发生了具有波浪形的首次破碎,首次破碎所形成球形液体颗粒的直径与发生首次破碎的液核前端的液体薄层厚度基本相当.由于不同直径液体雾滴的速度弛豫时间的差异,导致二次破碎后的雾化场具有大雾滴在前、小雾滴在后的特征.同时,由于实验液体具有高挥发性,导致与轴线的距离超出某一范围后,二次破碎所形成的雾化场又会出现雾滴的SMD随距离的增加而逐渐减小的趋势.     

双旋流燃烧室两相喷雾试验和数值研究（英文）

采用粒子场脉冲激光全息技术对航空发动机燃烧室中的雾化场进行了测量,得到了燃烧室中燃油液滴直径的空间分布,从而对燃烧室中的雾化过程进行了研究。自主开发完成了适用于航空发动机燃烧室的三维两相数值计算平台,建立了首次雾化模型和二次雾化模型。基于LISA模型和KH-RT模型,对燃烧室中的首次雾化过程和二次雾化过程进行了数值模拟,得到了燃烧室中液雾的空间分布。通过将计算结果与试验结果进行对比,显示开发完成的雾化模型能很好的模拟高温高压,强旋流条件下航空发动机燃烧室的整个喷雾雾化过程。     

红外分子标记测速法

分子标记测速法（MTV）和粒子成像测速法（PIV）常被用于流动显示和流场成像测量,但在示踪粒子跟随性差、示踪粒子分布不均匀时,示踪粒子的引入会给PIV带来速度测量系统误差,而不需引入示踪粒子的MTV因荧光寿命长度限制,主要应用在高速和超声速流动测量中。为了发展无需示踪粒子、可适用于低速气流场的二维流速成像方法,本文介绍了一种基于激光诱导红外荧光的新型分子标记测速法,并在二氧化碳气体轴对称湍流射流中进行了速度测量与验证。在红外分子标记测速法中,通过红外脉冲激光选择性激发气体小分子的共振振动能级跃迁实现分子的标记,随后通过红外相机对不同时刻下跟随流场流动的激发态分子记录其发射荧光分布,进而处理得到流动速度场信息。通过考虑分子振动能量传递过程模型、有限荧光寿命、横向速度分量和分子扩散运动对荧光分布的影响,实现从荧光分布图像定量获取速度场分布。将该方法应用于5～51 m/s速度的二氧化碳湍流射流中,得到了射流轴向速度的径向分布,速度测量的相对不确定度优于8%,径向空间分辨率达到107μm,且该速度分布与湍流射流理论结果及前人实验测量结果符合较好。利用该方法分辨了射流在不同轴向位置的径向速度分布...     

双旋流燃烧室两相喷雾试验和数值研究

采用粒子场脉冲激光全息技术对航空发动机燃烧室中的雾化场进行了测量，得到了燃烧室中燃油液滴直径的空间分布，从而对燃烧室中的雾化过程进行了研究。自主开发完成了适用于航空发动机燃烧室的三维两相数值计算平台，建立了首次雾化模型和二次雾化模型。基于LISA模型和KH-RT模型，对燃烧室中的首次雾化过程和二次雾化过程进行了数值模拟，得到了燃烧室中液雾的空间分布。通过将计算结果与试验结果进行对比，显示开发完成的雾化模型能很好的模拟高温高压，强旋流条件下航空发动机燃烧室的整个喷雾雾化过程。     

矩形管湍流冲击射流场的PIV实验研究

湍流冲击射流在工程和军事工业中都具有广泛的应用。采用粒子图像测速(PIV)技术,在射流雷诺数为20000和喷口-冲击板间距为4倍喷管水力直径的条件下,对矩形管湍流冲击射流场进行了实验测量,得到了主射流区和冲击区附近测量截面上的平均速度和涡量分布。结果表明,由于射流的卷吸及其与环境流体之间的相互作用,使得射流边界处具有很高的涡量;在流场的流出区域存在一个显著的回流区,这是半封闭冲击射流场的特征结构之一。     

运用激光全息术和PDPA测量喷射燃料粒子场

为了获得发动机燃料喷射雾化特性,运用PDPA和激光全息术对喷嘴的燃料雾化粒子场进行测量.简要介绍了两种测量方法的原理和应用条件,对两种方法的测量结果进行了对比,验证了激光全息术测量结果的精度.最后在风洞实验条件下进行了喷射燃料粒子场测量.     

离轴全息成像测量三维气动旋流低温雾化场

为研究低油温工况下气动旋流雾化喷嘴近场雾化特性，建立了25 kHz皮秒脉冲激光离轴全息系统，对1 kPa气压、0.03 MPa油压和–40～28 ℃油温工况下喷嘴下游30 mm内近场雾化过程进行了三维可视化测试。实验获取了包含非球形液滴的近喷嘴雾化场清晰图像，记录了液膜袋状破碎与液丝分解等典型雾化动态过程。通过颗粒识别与定位，获取了雾化场中尺寸30～1500 μm的液滴粒径及三维位置，统计得到雾化场索特平均直径（SMD）的三维分布信息。研究发现:在气压1 kPa、油压0.03 MPa工况下，液滴粒径主要分布在200 μm以内，其中30～40 μm粒径占比最高，均在15%以上；三维粒径分布表现为雾锥中央粒径较大，边缘区域粒径较小；油温降低对雾化效果恶化显著，使雾锥体积缩小、雾化液滴密度降低且均匀性下降；油温从28 ℃降至–20 ℃时，下游截面中心粒径从300 μm左右增大至450 μm以上，局部大于650 μm；–40 ℃时，喷嘴下游出现大型液柱与多枝状液膜、液丝结构，燃油分解破碎距离进一步延长。实验结果证实了高速离轴全息技术在低油温工况下喷嘴近场雾化特性三维可视化诊断中的可行性，获取的雾化场三维参数可为喷嘴结构设计优化及雾化模型研究提供数据参考。     

燃烧与流场在线测量诊断方法研究进展

介绍了上海理工大学颗粒与两相流测量研究所近年来在燃烧和流场在线测量诊断技术方面的研究进展,包括:改进基于光纤光谱仪的火焰辐射温度测量技术,提高火焰温度的测量精度与范围并反演出火焰辐射率及液体燃料组分;辐射与吸收光谱相结合测量脉冲燃烧火焰温度和水蒸气浓度;基于激光诱导荧光法测量喷雾液滴温度;强烟尘水滴干扰条件下基于差分吸收光谱法(DOAS)测量排放污染气体(SO2和 NOx )浓度;基于饱和蒸汽原理的光谱法研制汞连续排放监测标准系统;光谱法与图像法结合测量高温物体温度场;基于单帧单曝光图像法测量多相流速度场与粒度分布;基于可调谐半导体激光吸收光谱法(TDLAS)同步测量液态纯水水膜蒸发过程中液态参数(水膜厚度及温度)与气态参数(水膜上方水蒸气的温度)等。     

基于无人机的复杂地貌上空风场实测研究

本文研究了利用多旋翼无人机搭载风速风向测量设备对不同地貌上空平面风场实测分析的方法.以北京市延庆区某试验基地内的测风塔为参考,首先对无人机测风准确性进行研究,其次取相同时间段内测风塔与不同测点位置无人机的实测风速风向数据进行正交分解处理,分析得到无人机和测风塔风速、湍流度的相互比值关系,通过测风塔数据和比值关系,可以推...     

双层滚动轴承转速分配比

针对双层滚动轴承,分别采用纯滚动理论和摩擦力矩理论推导出转速分配比的理论计算公式,并对不同结构和不同润滑方式下的转速分配比进行了试验研究。研究结果表明:根据摩擦力矩理论计算得到的转速分配比比根据纯滚动理论计算得到的转速分配比更接近于试验测得的结果。双层滚动轴承的转速分配比与内、外层轴承的节径比有关,节径比越大,转速分配比越好。当工作转速为10000r/min时:节径比为0.59时,转速分配比为0.038;节径比为0.75时,转速分配比可达0.17。转速分配比还与内、外层轴承的润滑方式和润滑粘度有关,内、外层轴承都采用油润滑比都采用脂润滑得到的转速分配比更加稳定。     

结冰风洞过冷大水滴粒径测量初步研究

过冷大水滴粒径测量方法是结冰风洞过冷大水滴云雾模拟能力的关键组成部分。为评估双通道机载式相位多普勒干涉仪（PDI-FPDR）的过冷大水滴粒径测量能力,利用标准液滴流发生器产生特定尺寸的大粒径液滴流,评估PDI-FPDR的液滴粒径测量不确定度;针对真实大粒径喷雾,同时采用Malvern粒度分析仪和PDI-FPDR测量喷雾粒径特征参数,对比评估PDI-FPDR的大粒径喷雾测量能力。结果表明:PDI-FPDR小粒径通道无法准确测量大尺寸液滴,测量结果显著小于真实液滴粒径（测量粒径189.0 μm的液滴,相对误差为-72.8%）;大粒径通道可以较为准确地测量大尺寸液滴,但精度较差（测量粒径240.5 μm的液滴,相对误差为-5.1%,最大偏差50.2 μm）;对于典型大粒径喷雾,PDI-FPDR小粒径通道测量中值体积直径（MVD）大于75 μm的喷雾适用性较差,大粒径通道的MVD测量值与Malvern粒度分析仪相比偏大。     

机械振动全息分析及其若干问题

本文用球面波多重象全息照相分析物体的机械振动,简要地讨论了球面波多重象全息三维振动分析的基本规律,介绍了用计算机控制的显微光密度计确定由测点振动引起的物光波的相位差技术,用几何光学方法推导了曲面测件图象上测点位置的修正公式,提出了提高全息振动条纹分辨率的方法.本文在15cm长度物体上至少可记录105级能分辨的全息振型条纹.     

航空声学引导风洞收缩段边界层修正的数值模拟和实验研究

根据数值分析得到的低速风洞收缩段边界层位移厚度分布通用曲线,针对航空声学引导风洞收缩段,推导得出收缩段边界层位移厚度分布曲线,并对收缩段型面进行修正设计,给出了修正前后的型面坐标偏差,设计加工了试验件,并进行了收缩段修正前后流场的数值模拟和实验验证。数值模拟结果表明:尽管航空声学引导风洞收缩段的边界层很薄,最大位移厚度只相当于试验段水力直径的0.5%左右,但修正效果明显。对于开口和闭口试验段流场,在收缩段型面设计时考虑粘性影响,进行边界层修正,均可显著降低试验段的动压场系数;减小气流偏角,提高试验段流场品质,有利于风洞部段的精细化设计。收缩段型面出口由于逆压梯度的存在,壁面速度过冲,气流均匀性较差,但进入平直段后,动压不均匀度及气流偏角迅速下降,因此收缩段后16.7%长度的平直段对于改善试验段流场品质很关键。在航空声学引导风洞上,采用移测架、皮托管和热线风速仪进行了修正前后收缩段、试验段动压和速度值测量,测量结果也验证了边界层修正的效果,而且实测的边界层位移厚度与理论推导值吻合。根据测量的收缩段内和出口的边界层速度分布,计算边界层位移厚度、动量损失厚度和形状因子,并据此判定,航空声学引导风洞收缩段内的边界层流动保持层流状态,未发生层流到湍流的转捩。     

4F富里叶变换透镜系统的三维变换特性

本文从理论和实验上应用4F富里叶变换透镜系统,把三维物场转换为三维象场。象的空间位置和光场振幅的变化与透镜系统的焦距以及物体距焦平面的位置有关。根据4F系统的三维变换特性,本文还讨论了该系统对三维粒子场全息记录、再现的影响。