大型管中两相爆炸现象的实验研究

介绍了用于研究气－液和气－固悬浮流中加速火焰诱导激波现象的两套实验装置，即长９ｍ，内径０．１４ｍ，两侧装有１５套喷雾系统的水平气云火焰加速管和长１２ｍ，内径０．１４ｍ，两侧装有２０套喷粉系统的水平粉尘火焰加速管。利用上述装置，对铝粉粉尘云和戊烷气雾云两相悬浮流中火焰加速诱导激波现象进行了实验研究，用压电传感器测试管内某点的压力信号和离子探针测试火焰阵面信号，从而得到管内火焰传播规律和管内压力参数的变化规律，实验结果揭示了燃烧、流动、湍流之间的正反馈耦合关系。     

光学探针在气液两相流动局部参数测量中的应用研究

光纤传感器作为纤维光学领域中的新技术,在两相流动局部参数的测量中得到了越来越广泛的关注.为了获取气液两相流动的局部界面信息,进一步深入了解两相流动的内部机理,给出了双传感器光学探针的详细制作过程,并将制作成的探针应用于气液两相流实验研究.实验中通过压降方法与探针方法测得的空泡份额之间的平均偏差为8%,表明所制作的双传感器光学探针测量精度较高,能够应用于气液两相流局部参数的测量.进一步的实验研究表明,管内局部空泡份额沿通道径向呈“壁峰型”分布规律,并且局部界面面积浓度(IAC)的径向分布也呈现出基本相同的规律.     

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。     

基于探针管路动态修正的压气机动态总压测试

为方便安全地获取压气机内部多点动态总压信号，采用气动探针将测点压力引出，并通过动态修正还原测点处的压力信号。利用爆破气球装置产生的向下阶跃输入信号和探针响应输出信号，辨识得到探针管路的离散传递函数模型，以此来修正测量信号，获得测点真实压力。所用标定方法能够实现1000Hz以内信号的动态修正，探针信号经过修正后能够消除相位延迟，且管路谐振效应对信号的放大作用显著减小。压气机动态总压测试结果表明:随着进气流量的减小，转子进口叶片通过频率信号幅值逐渐增大，静子出口宽频扰动增强，在近失速点宽频扰动最大；压气机突尖型旋转失速先兆首先出现在转子叶片前缘叶顶附近，而后向叶根方向迅速扩展，并形成全叶高范围的旋转失速团，完全发展的失速团传播速度约为30%转子转速。     

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.     

倾斜与水平管内汽液两相流动沿程流型的研究

本文在文[1]的基础上,考虑当角度变化时受重力的影响后,在同一截面上的汽液两相分布不对称的特点,采用在管内配置三根平行并可同步移动的电导探针,对沿程各截面的“流型”进行测定。实验结果证明这种方法是可行的,且与计算结果相符合。本文还通过对大量实验数据的处理,得出饱和沸腾起始点Z_B与环状流起始点Z_N的经验公式,研究结果对于高温涡轮叶片液冷和其他动力工程中有关汽液两相流动与传热的设计与应用有重要的参考价值。     

旋流式气泡雾化喷嘴喷雾特性实验研究

与常规压力雾化、气动雾化相比，气泡雾化具有高效、经济和环保等优点。针对一种可变喷头旋流式气泡雾化喷嘴进行了实验研究，探讨了工作参数、喷嘴孔型、切割丝网目数（孔径）等因素对喷嘴流量、喷雾特性的影响规律。研究结果表明:不同孔型喷嘴的流量特性趋势基本一致；相同工作压力下，气液比不同会导致喷嘴流量的变化；安装切割丝网基本不影响喷嘴的流量特性趋势，但在相同工况下会造成喷嘴流量减小3%～7%，且丝网孔径越小，减小幅度越大；喷雾液滴粒径分布呈单峰形式，且随着工作压力或气液比的增大，喷雾液滴的中位粒径会有不同程度的减小；相同喷雾能耗下，异形（方形、椭圆形）喷孔更有助于提高喷雾性能；丝网有利于提高喷嘴雾化性能，但需综合考虑喷嘴孔型、工作压力等因素选择丝网孔径；此外，安装切割丝网会在一定程度上降低喷雾主流轴向速度。     

动态燃烧过程参数测量原理与系统

为了满足动态燃烧试验对燃烧过程中燃烧放热量、温度、压力多参数动态测量的要求，研制了一套燃烧动态测试系统。首先从理论上分析了碳氢燃料燃烧时的化学反应过程与物理现象，采用光电传感技术，实现了对动态燃烧过程放热量的非接触式测量；其次运用动态理论详细研究了热电偶的动态特性，完善了用双丝频谱补偿法测量动态温度的方法；最后选择了合理的动态压力的测量方案。同时介绍了该系统的结构及工作特点、系统的动态联调结果等。试验表明了测试该系统具有所测参数多、工作性能稳定、动态响应快等特点，可广泛应用于动态与稳态燃烧试验研究或工业过程监控测量中     

用推力矢量控制技术改进超声速飞行器空气动力特性

为了提高某超声速飞机的空气动力学效率和机动性能，本文采用低阶的三维板块法和DATCOM半经验公式，在亚声速和超声速条件下，对不同马赫数和迎角情况计算了基本气动外形的飞机空气动力学特性、表面压力分布以及最大升力。此外还开发了一套软件以实现由引进的先进气动操纵面（如鸭翼等）控制的二维推力矢量技术。试验结果表明：气动操纵面结合推力矢量技术能够产生足够的低头力矩，且有能力满足高度机动飞行时的稳定性要求。此外，不论是亚声速还是超声速飞行，气动操纵面均可以提高气动效率5％-6％。     

激波驱动液体轴对称抛撒的实验研究

设计了利用垂直激波管实现液体轴对称抛撒的实验装置，通过高速摄影技术获得不同驱动压力下气液界面不稳定性发展直至发生首次破碎的时间序列。实验结果表明，马赫数的增大导致初始扰动波的波长减小和扰动波数的增加，且尖钉发生破碎并与气流混合的程度更为剧烈。实验液体发生首次破碎的位置基本不随驱动压力的升高而改变。液体前锋的加速度曲线呈现出前期基本不变，后期迅速增大的趋势。     

气液两相流压差波动信号的混沌特性及Volterra自适应短期预测研究

以空气和水为工质，在直径3.0 mm的水平圆管通道内进行压差波动信号实验研究。根据压差波动信号图及高速工业相机拍摄的流型图，结合相空间重构、Lyapunov指数判别法对压差波动信号进行混沌动力学分析，在其基础上对压差波动信号进行Volterra自适应短期预测。结果表明:混沌分析得到的吸引子图可以更准确地展现管道内气液两相流的流动特性；Volterra自适应短期预测模型可以有效地对管道内气液两相流的压差时间序列进行短期预测，对环状流、层状流、间歇流、段塞流的压差时间序列预测的相对误差分别为1.86%、0.71%、3.90%、2.49%。     

海上油气混输中的分离技术

从发展海上油气混输特殊工艺要求出发,介绍中科院力学所“十五”期间,在油气水分离技术方面开展的研究工作。此工艺用于春晓油田,油中除水,再进行油气混输,防止长距离管输时在高压低温条件下油中产生水化物而阻塞管线。在文献总结、专利调研和国内现场考察的基础上,提出研制集重力、离心、膨胀于一体的复合式分离器,以达到高效快速分离的目的。并对国内外尚未使用过的螺旋管分离装置,开展了油水分离的一些理论及实验研究。     

两相脉冲爆震火箭发动机性能实验

为了获得脉冲爆震火箭发动机(PDRE)的性能参数,采用液态煤油为燃料、氧气为氧化剂、压缩氮气为隔离气体,进行了一系列多循环爆震实验.使用孔板流量计测量煤油流量,使用集气法测量氧气流量,使用动态压电式压力传感器测量r爆震室轴向的沿程压力,使用火焰温度及水蒸气浓度红外光谱测量仪测量爆震管出口平面的尾焰温度,使用动态压电式推力传感器测量PDRE所产生的瞬时推力.实验获得PDRE不同频率下的平均推力和比冲.实验结果表明:爆震压力和温度随着工作频率的变化而有所变化,填充系数对于PDRE比冲大小有着显著影响.采用爆震室部分填充的策略,可以显著地提高发动机比冲.     

气液两相段塞流压力降特性的实验研究

通过自制环状电导探针对气液两相段塞流压力降特性进行了试验研究,对段塞流压力降曲线的特点和液塞中压力分布规律进行了分析。实验结果表明:当液塞到来时,压力降值开始增大,并逐渐增大到最大值;当液塞离开时,压力降值逐渐下降至最小值,但是压力值并不随着液塞的离开而下降;并研究了液塞长度对压力降分布的影响特点和液塞长度的估算方法:液塞长度不同,压力降曲线具有不同数的峰值,可以根据压力降曲线的峰值数近似估计管路中液塞长度。     

超疏水表面水下电解补气方法研究

利用石墨电极电解装置，研究了人工海水电解过程中电流随电极极距和数目的变化规律，并观察了矩形管道中电解装置在不同工作电压下超疏水表面的气膜状态，验证了超疏水表面电解补气的可行性。结果表明:电解装置工作过程中电压与电流呈线性关系，在电压一定的条件下，电流随电极数目的增加而增加，随极距的增加而减小。计算电解效率后发现，增加电极数目虽然有利于提高电流，但是电解效率却有所下降。在湍流流动中，观测到超疏水表面气膜在水流冲刷下破坏消失，当电解装置在低电压下工作时，产气量较小，补气装置呈间歇工作状态，并只能使部分超疏水表面气液界面恢复；当增加电压后，电解装置产气量增加，可以观察到更加明显的镜面现象，证明了超疏水电解补气装置的可行性。     

利用射流泵输送油水两相管流的实验研究

研究了应用射流泵输送油水两相管流时泵对下游管道中流型和压降的影响。实验管线为内径50mm的透明有机玻璃管，管线从入口到分离器长约35m，实验段由一个垂直倒U型管和一个长3m水平管组成。分别给出了不同入口条件下实验管段的流型图和压降图。结果表明：采用射流泵输送油水两相流动，对下游管道流型和油水乳化速度有着显著的影响，但对下游管道内的压降随混合流速和体积份额的变化趋势影响很小。     

基于自适应线性调频小波的多孔孔板气液两相流动态差压信号的时频分析研究

气液两相流在流动过程中表现出非平稳的特性,简单的频域分析或时域分析方法不能很好地分析信号的波动特性,所以引入了时频联合分析方法。时频分析能看到气液两相流差压信号的能量强度和密度的分布,通过多次实验发现泡状流时能量主要分布在10~35Hz 的高频段内,能量强度小;弹状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段和10~35Hz 高频带内,能量明显增大;塞状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段内,能量强度是3种流型中最大的。为了研究气液两相流的动态特性,通过多孔孔板流量计在水平管气液两相流中采集得到不同流型的差压信号,采用自适应线性调频小波时频分析方法分析动态差压信号。具体步骤:首先分析信号的分解次数,残余的信号能量低于总信号能量的10%,即可认为被完全分解,对分解后的结果进行分析,得到不同流型的时频分布特征,具有很高的时频分辨率,时频谱图中显示出不同流型分量信号的时频分布特征;然后从时频谱图中提取3个特征值建立三维散点图,图中显示了信号特征值和流型之间的关系,并通过散点图分析不同特征值对气液两相流中信号的流型的影响,达到流型识别的目的。Chirplet 变换具有较高的时频分辨率,能消除噪声的干扰,信号的瞬时频率信息可以清楚地显示出来。     

气／固两相流测量系统

面粉机提粉管中有流动着的气体和面粉，称之两相流，采用由二个极板组成的电容器和电容－电压变换电路组成的电容式传感器测量管道中流动着的面粉密度。用压力传感器测量管道中的风压并计算出风速，由风速和测得的面粉密度可算出管道的面粉流量，根据流量大小，计算机可控制每个磨口的工作状态。     

天然气绕三角翼旋流的水洞实验研究

天然气绕三角翼产生旋流,使天然气中的游离水滴甩出,附着在管道内壁上,在气流的牵引下沿管道内壁向下游流动,实现了气水分离的目的.通过水洞实验,利用染色液流动显示技术,探讨了流体绕三角翼后产生旋流的可行性.同时,基于均匀设计思想对三角翼的前缘后掠角、后缘后掠角和迎角等几何参数分别做了5个水平的实验研究,均证实了天然气绕三角翼后产生旋流的可靠性,为该技术的应用奠定了基础.     

流动聚焦中液体锥形形态和流动结构实验研究

流动聚焦(flow focusing)是一种制备单分散性微纳米尺度液滴、颗粒和胶囊的毛细流动技术，小孔上游稳定的液体锥形的形成是产生射流并高效制备微液滴的前提条件。采用量纲分析方法得到了被聚焦液体流量、驱动气体压差、毛细管与聚焦小孔距离对锥形稳定性的影响，利用吸气式流动聚焦装置观测了锥形界面形态及稳定性，验证了理论分析结果，通过调控主要过程参数获得了锥形稳定的参数区间。在被聚焦液体内部添加示踪粒子，采用高速摄影技术拍摄了流场图像并进行定量分析，探究了锥形内部的回流区结构及其变化规律，发现回流区的产生与锥形界面两侧的切向速度分布密切相关，被聚焦液体流量、驱动气体压差、毛细管与聚焦小孔距离对回流区的大小均具有显著影响。