漂移流模型在大管内气液两相流动的适用性研究

采用光纤探针测量方法对垂直上升管中空气-水两相流动的局部截面含气率分布规律进行了研究.实验选用的管径为100mm,气相、液相表观速度的范围分别为0~0.1 m/s和0~1.0 m/s.在对光纤探针法的测量精度进行评价和标定基础上,利用实验获得的截面含气率和气泡速度径向分布信息,得出了分布参数与漂移速度,在此基础上对几类漂移流模型进行评价,发现漂移速度的计算方法不同是导致几类模型计算结果存在较大差异的主要原因;综合比较结果表明,Hibiki-Ishii(2003)漂移流模型计算截面含气率具有较高的精度.     

探针测定流场的水动力学问题

研究探针测定水流场针孔压力测量反应时间的影响因素,给出探针测试系统合理参数,分析探针杆水力共振和受水绕流阻力挠曲的影响,提出相应对策,以提高测试精度。     

稀疏泡状流中变形气泡的三维图像测量技术

研究气泡变形对于分析泡状流中气泡的受力和运动具有重要意义.设计了一种可确定稀疏泡状流中气泡空间坐标与变形参数的图像测量技术:原始图像经预处理和增强后,结合形态学方法识别出变形气泡投影的闭合轮廓.改进了分水岭方法对气泡投影进行分割,并用对称直线法确定投影中心改进Hough变换,得到椭球气泡模型的投影椭圆参数.提出了一种由两幅投影轮廓重构三维气泡模型的算法并分析了实验误差.该技术可较准确地测得气泡空间坐标和变形参数:投影椭圆的参数误差小于3个像素,气泡识别误差小于15%.     

多孔探针系统误差分析

以不可压流场的Bernoulli方程和势流理论为出发点详细推导了多孔探针的基本测量原理并获得了相应的数学模型,从而将具有不同头部(如球体、圆锥体)、不同孔数(如3、5、7乃至18孔)的各种类型多孔探针纳入到相同的数学模型之下,为系统分析各类探针提供了条件.通过分析推导过程,得出了多孔探针测量数学模型成立的4个基本约束条件.在实际测量过程中若偏离这4个基本条件必然会在测量结果中引入系统误差.将由此引入的系统误差分别归纳为:数学模型误差、制造误差以及使用误差,并逐个进行了详细的分析.同时,还以较为常用的七孔探针为例,采用计算流体力学软件对以上3种情况造成的误差进行了定量计算.根据以上分析和计算结果,为实际应用中选择合适类型的探针、确定使用条件、评估测量系统误差给出了详细的建议.     

75°/45°双三角翼旋涡特性的试验研究

采用七孔探针在低速风洞中对双三角翼截面和尾流进行流场测量,并进行翼表面测压试验,研究了75°/45°双三角翼在中等迎角到大迎角下的旋涡特性。试验表明,用七孔探针测量空间流场,结果准确可靠。75°/45°双三角翼的流态特点是,由于内翼涡对外翼涡的诱导作用,使外翼涡趋于稳定,在一定迎角下,两涡发生绕合与合并,随迎角增加,合并涡破裂点前移。     

用X型热线探头旋转法测量三维流场的误差校验

近年来用Ｘ型热线探头旋转法测量低湍流度的三维流场的报导较多，但是对它的使用范围以及测量精度论及的很少。热线探头和其它的气动探针一样，有自己最佳的工作区限，超越了这个区限，测量数据就失去了可信的价值。本文在介绍测量方法的同时，校验了在不同来流方位下的测量误差。     

JF-10氢氧爆轰驱动激波风洞自由流的测量和诊断

针对JF-10氢氧爆轰驱动风洞运行的高焓高速状态,采用吸收光谱技术、皮托压力瞬态测量技术、电离探针等的测试方法,测量了自由流中一氧化氮的含量和离子浓度、皮托压力及其沿喷管出口半径方向的分布。并根据以上各项测量结果判断了自由流的非平衡程度。     

水平管内气液两相泡状流壁面切应力的实验测量

利用TSI-1268W热膜探针测量了内径为35mm的水平管内气液两相泡状流的壁面切应力,得到了充分发展段上壁面切应力沿周向的分布数据.测量结果表明,液相中加入气泡后,在管道下部的壁面切应力增大,在含气率较高的管道上部出现了壁面切应力减小的现象.随着气相流速的增加,管道上部的壁面切应力有较小幅度的降低,管道中下部的壁面切应力有较大幅度的增加.     

基于AFM胶体探针测量液固界面DLVO力及表面电势

表面电势是微纳流控芯片中流体流动的重要参数。本文介绍了基于AFM胶体探针技术测量液固界面DLVO力并进一步测量表面电势及表面电荷密度的方法。本文改进了胶体探针制作的技术手段，并提出用双探针法测量胶体探针的弹性系数。在0.1~1mM浓度范围内的NaCl溶液中，测量了硅、二氧化硅和氮化硅液固界面双电层内的DLVO力及表面电势。实验结果表明胶体探针技术可以很好地测量液固界面的DLVO力，尤其对静电力指数变化段非常敏感。通过DLVO力曲线可以间接测量表面电势、表面电荷密度等重要参数，是微纳流动及界面属性测量的有效手段。此外，在不同硅基材料表面的测量结果显示了硅烷醇基密度对表面电势起主导作用，可以通过选用不同硅烷醇基密度的材料来有效调控表面电势，从而在硅基材料制作的微流控芯片中调控电动流动的强弱。     

施放深度对气泡水体携带能力影响的实验研究

水中上升气泡对周围水体的携带能力受多方面因素的影响,由于测量手段缺乏等原因,其影响规律研究一直是两相流领域的难点.引入气泡上升携带水量的概念表征其水体携带能力的大小,进而利用专门设计的实验装置,采用双液分离测量法,调整喷嘴至27.5~52.5cm之间的不同施放深度,进行气泡上升携带水量的测量实验.结果表明:在注气量(20ml)和注气速度(3ml/s)等一定的条件下,随着气体施放深度的增加,气泡水体携带能力呈现缓慢增强并逐渐稳定的总趋势,但其间(施放深度约35.0~45.0cm)该能力会略有下降,并有极小值出现;且在绝大多数情况下,小口径喷嘴生成气泡的水体携带能力稍强.上述结论可为化工等领域工程应用中设计合理气体施放深度、确定最佳喷嘴口径等问题提供参考依据.     

离心风机进出口三维流场的实验研究

文本将适用于单倾斜热线的周期多点采样技术和适用于五孔探针的集平均采样技术结合在一起,开发了一套适用于二者的数据采集和实时处理系统。该系统主要由探针(热线和五孔探针)、坐标架机构、采样同步脉冲发生系统、数据采集和转换系统、接口电路和 IBM 计算机组成。在 IBM 计算机的控制下,探针可由坐标架上的步进电机驱动作必要的转动和移动,采样同步脉冲启动 A/D 转换用以保证采样点的准确同步。利用该系统,成功地对离心风机叶轮进出口处的三维平均流场进行了测量,获得了叶轮进口无叶区的子午面速度分布和叶轮出口处的相对速度分布,并对试验获得的详细数据进行了分析。     

微小气泡粒径的测量研究

对用一台CCD摄像机所摄得的微小气泡水图像要识别摄影进深方向的气泡，必须利用图像的像素灰度这一特征。因此获取气泡粒径的常规图像方法不能使用。又气泡对光的反射和折射下有的气泡像的中心部分呈现反转，这也给处理带来了难度。为此建立了保持像素灰度的灰度线段中心辨别法来快捷地识别微小气泡。另外，利用摄影所获得的微小气泡图像，统计出气泡的形心到它的边界的最短距离与最长距离之比来自动分离微小气泡水中的气泡和杂质以及散焦的物像。通过以上方法能快捷地对微小气泡的粒径进行测量。     

热膜流速仪在浮阀塔板局部流动特性研究中的应用

在对热膜流速仪的探头标定及两相信号分离的方法等特性进行研究的基础上，测定了Ｖ－Ｖ浮阀塔板的流动特性。对于水，提出标定数据的两段线性拟合法，能够准确、快捷地用于流速测量。对气液两相信号分离的两类方法进行比较发现，概率法用于测定两相中每一相的时均速度，阈值法用于确定各相所占的比率都能取得比较准确的结果．测定了以Ｖ－Ｖ浮阀塔板几个阀片所形成的局部区域的气含率及流速分布特点，得出对实际应用具有指导意义的结果。     

运动激波与气泡串相互作用的多介质数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用而诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证了Level set 方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用间断有限元Galerkin方法求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO格式求解Level set方程追踪多流体界面,界面附近的边界条件由虚拟流体方法处理.对运动激波和两个气泡相互作用过程进行了数值模拟,得到了不同时刻的压力和密度等值线分布,并分析了计算域中两个气泡同是氦气泡,以及一个是氦气泡,一个是R22气泡情况下的计算结果.计算结果表明:利用多界面Level set方程可高质量地捕捉多个流体界面,处理3种多介质流场数值模拟问题.     

测量管内沸腾汽液两相流动沿程“流型”的新方法

本文根据管内沸腾汽液两相流动沿程“流型”不断变化的特点,提出用移动式电导探针对沿全流程的“流型”进行测量,实验结果证明这种方法是可行的,且与计算结果相当吻合。并整理得出环状流起始点计算的经验公式。此方法可用于其他管内汽液两相流动的“流型”测量。     

超声速流动燃烧气体比热比的集成传感测量技术

介绍了为测量燃烧气体的比热比而设计的包含了皮托管和激光光束跟踪系统的集成测量系统。该系统通过测量压力比和穿过皮托管前正激波的激光折射角来获得比热比,从而免使用复杂而昂贵的光相色谱仪器。激光光束折射角通过两台CCD摄像头和移动空间坐标测量系统(MScMS)来准确记录激光光束折射角。密度比通过Gladstone-Dale关系和Snell律来获得。由此,通过所获得的跨激波的压力比和密度比可以定量确定比热比。这一技术可有效降低比热比测量时间。本文对激光光束跟踪系统和皮托管所带来的不确定性进行了分析,结果表明在总温不超过1000K时系统不确定性低于5.5%。可行性分析表明该技术可以实现,但仍有部分技术问题需要在实施前解决。     

静电探针在高频等离子体风洞中的应用

为了在高频等离子体风洞上开展高超声速飞行器等离子体鞘层的电磁特性研究,研制了一套适用于高频等离子体风洞测试环境的静电探针诊断系统,这是国内第一次采用静电探针对高频等离子体风洞的流场参数进行诊断。该系统具有偏置电压可调、抗干扰能力强、探针性能稳定、高速数据采集等特点。采用该系统对高频等离子体风洞在不同运行功率、不同气体流量下流场核心区域的电子数密度进行了诊断,对相同运行功率和相同流量条件下流场电子数密度沿射流径向的分布进行了测试,并研究了电子数密度随高频等离子体风洞运行功率和气体流量的变化规律。并将诊断结果与网络分析仪微波测量法的数据进行了比对。结果表明,该系统可以很好地满足风洞流场参数的诊断,能够为风洞流场数值建模以及等离子体鞘层电磁特性研究提供可靠的数据支撑。