双锥流量计气液两相流流量测量模型研究

气液两相流广泛存在于化工、动力、炼油、油气开采与输送等领域,其参数的传感与测量是工业系统中难以回避的一个难题。提出一种双锥结构的新型差压式流量测量方法,设计并加工了直径比分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9的双锥流量计,分析了不同直径比双锥流量计对单相介质的测量特性。以空气和水为介质,开展了水平管气液两相流流量测量实验研究。通过分析准气相流量比与 Lockhart-Martinelli 常数的关系,基于分相流理论建立了适合双锥流量计的两相流流量测量模型。实验结果表明,在不同直径比下准气相流量比与 Lockhart-Martinelli常数均具有优良的线性关系,流量测量模型对气液两相流总流量测量的误差可在6%以内。     

多相流量计测单元阻力模型实验研究

建立了全新的用于多相流量计测的单元阻力模型,并在此基础上开发出多相流量计测系统实验样机和配套计测软件。通过自建多相流测试环道上大量的模拟现场工况实验研究,对计测模型进行了评价。实验数据表明：该计测模型可以适用于多相流中不同粘度的液相流量计量;可适用于较宽的气、液相流量变化范围;模型计测误差稳定在可接受的水平,适当延长计测周期可以明显改善计测误差。     

均速管流量计流量系数数值校验方法研究

针对较大口径均速管流量计的流量系数获取、校验十分困难的问题,采用仿真和实验结合的方式对有效长度为300mm的均速管流量计的测量特性进行对比研究.利用标准k-ε双方程湍流模型,在直管段充分发展流下,计算该流量计端面是否粗糙处理情况下的输出差压及流量系数等测量特性,结果显示端面粗糙处理对流量计测量特性影响很小.采用数值仿真的方法对均速管流量计的流量系数进行了计算,并在实验室标准装置中对其特性进行实验验证.仿真和实验测得的流量计输出特性相似性较好,相对偏差可在±0.3%以内.该结果显示,对流量系数的数值仿真可为较大口径均速管流量计的校验提供新的思路和途径.     

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.     

底排风洞实验中的流量测量

在底排风洞实验中,底排流量的测量受流量计下游压强变化的影响。采用临界流量计后,流量计下游压强的变化不会影响流量的测量。文章介绍了临界流量计的设计、流量的测量控制、误差分析和在底排风洞实验中的应用情况。     

FL-24风洞埋入式进气道试验技术

采用中压引射和经过校准的文氏流量计的方法,有效提高了埋入式进气道的捕获流量和流量测量精度,成功地在FL-24风洞中建立了埋入式进气道试验技术.风洞试验表明:整个试验系统设计合理,流量测量精度达到了0.5%以内.     

曲外锥乘波前体进气道流量测量及实验与仿真对比研究

流量捕获特性是高超声速进气道的重要特性。针对一体化曲外锥乘波前体进气道，开展了流量特性精细测量分析以及实验与仿真对比研究。采用节流实验系统，在来流马赫数3.0、3.5和4.0，迎角-4°至6°和不同进锥位置上，获得了该型前体进气道的流量特性，分析了流量测量均方根误差。开展了来流马赫数4.0、迎角-4°~6°条件下的实验与仿真对比研究。研究结果表明:一体化曲外锥乘波前体进气道构型具有良好的流动捕获能力，在来流马赫数3.5、4.0和6.0以及迎角0°条件下，流量系数分别为0.60、0.68和1.00；在节流实验系统充分壅塞的条件下，流量测量均方根误差在2%以内；仿真所获流量特性随迎角变化的线性度较好，和实验结果的吻合度较高。     

气液两相流在180°弯头上T形管处相分离的实验研究

利用180°弯头上的T形管考察气液两相流的相分离行为,以加深对两相流在T形管处相分离机理的理解。以空气和水为两相流工作介质,在鼓泡流和环状流条件下,入口主管分别以垂直向上和垂直向下2种方式放置,通过改变气液入口流型和流速,考察了180°弯头上T形管处合力的大小和流型的变化,测定了该处的相分离数据。实验结果表明:入口主管垂直向上时,在鼓泡流条件下,气体主要受液体的浮力作用,液相主要受重力作用,侧支管以气相采出占优,增加气液流速对气相采出不利;而在环状流条件下,液体离心力占主导地位,侧支管以液相采出占优为主,气液两相流速增加对相分离有利;主管垂直向下时,在环状流条件下,以液体向下的离心力和重力占主导地位,侧支管中液相采出占优,增大气体流速或者液体流速,不利于液相在侧支管的采出。利用T形管处的合力大小、入口流型和两相入口动量能有效解释相分离结果的变化规律。     

不同节流装置测量气液两相流的动态特性研究

为了研究文丘里管、多孔孔板和V型内锥3种功能节流式流量计测量得到的气液两相流动态特性,采用高频差压传感器获取不同流型下的动态差压信号,利用AOK时频谱对差压信号进行分析,通过时频谱图研究不同流型下信号的时变特征.通过对典型的泡状流、弹状流、塞状流信号的实验分析表明:文丘里管在塞泡流存在较强的噪声信号,V型内锥在泡状流存在较强的噪声信号.多孔孔板具有很好的降噪效果,且多孔孔板能均衡信号的能量,信号能量分布较均衡.3种节流仪表均能很好地描述两相流定态特性,能够用于两相流流型识别及其它参数测量.     

体育场内风环境特性实验

本文介绍1∶200体育场缩尺模型风环境特性低速风洞实验研究。文中给出了自由来流在不同速度和各种风向条件下运动场上离地6毫米高(模拟全尺寸体育场风速测量装置距运动场地面1.22米高度)的风速和风向分布,测量结果表明,运动场上风向一般与来流风向不一致。风速测量表明,运动场上风速通常是在自由来流速度的1/3以内。研究结果说明,体育场内气流湍流度对风环境特性有很大影响。     

基于振动原理的无接触流量测量实验及模拟研究

利用清华大学SMC中心试验设备,通过对气体流过管道时由于湍流而诱发振动的实验研究,确定了完全发展管道流的情况下,由湍流诱发的管壁振动加速度脉动值的标准方差与平均流量的量化关系,同时进行初步数值模拟.为无接触式气体流量测量研究打下良好基础.     

离心压缩机系统喘振的实验研究

在一个小型低压离心压缩机喘振实验台上，针对不同储气槽容积、不同转速和不同阀门开度的各流量工况，对离心压缩系统的喘振现象进行了观察。介绍了使用示波器观察热线信号判断系统中倒流发生的方法，可用于实时地监测深度喘振的发生，同时，还对各种工况下的喘振形态及性能变化进行了实验观测。     

垂直于流向的截面中2D-PIV测量误差分析

常规二维粒子图像测速技术(2D-PIV)作为重要的流场测试手段,被越来越多地应用到各种类型的流场测量中。然而采用该技术对垂直于流向的截面进行测量时会产生明显误差,该误差是由2D-PIV 原理中几何透视成像关系引起。本文分析了测量截面内有法向速度分量时透视误差产生原因及影响因素,建立了2D-PIV 测量平面内的误差模型。通过实验测试验证了误差模型的正确性,确定了影响测量误差的关键参数为测量平面的法向速度和视场的离轴角。计算结果显示,最大透视误差可达法向速度的9.3%。根据误差模型进行分析,透视误差对流向涡类流场测量的影响主要为3个方面:改变流场速度量值大小、改变旋涡形状、改变旋涡的位置。最后,提出了一些减小误差的措施,为2D-PIV应用于垂直流向截面的测量提供了改进方法。     

基于飞秒激光电子激发标记测速技术的剪切流场速度测量

流场速度测量精度会影响飞行器气动性能的预测精度，常用的基于激光技术的非接触式速度测量方法已不能完全满足流场速度高精度测量需求，飞秒激光电子激发标记（Femtosecond Laser Electronic Excitation Tagging，FLEET）测速技术有望解决这一问题。利用钛蓝宝石飞秒激光器搭建了FLEET测速系统，分析了流场中的N₂分子在飞秒激光激发下的电子荧光光谱；基于FLEET测速系统，在射流剪切装置上开展了剪切流场速度测量实验，通过调节高速通道的流量/压力获得了不同速度分布的流场，开展了不同流场速度（30～170 m/s）下的FLEET测速实验；研究了延迟时间对流场速度测量的影响。结果表明:随着延迟时间增加，荧光图像会由于等离子体的扩散而发生弥散；FLEET荧光信号衰减会使信噪比有所降低，但不同延迟时间下得到的流场速度分布形态基本一致；FLEET技术在有效荧光寿命范围内具有足够的准确性应用于剪切流场速度测量。     

多喷管引射器的性能分析

应用气体动力学原理，推导了超音速多喷管引射器引射系数的计算公式。针对某型号发动机进气防砂滤清砂引射器，进行了性能特性计算和试验。结果表明，随着主次流压比降低、温度比增大，混合管与主喷管截面积比增大以及混合管长径比增大，引射系数均随着增大。在相同工况条件下，Ｌｍ／Ｄｍ＜７．０时，多喷管引射系数比当量收缩单喷管的引射系数大，且Ｌｍ／Ｄｍ越小，两者相差越大。理论计算和测试结果符合良好     

电弧风洞中基于TDLAS的气体温度和氧原子浓度测试

电弧风洞是对防热材料/结构进行地面考核的关键设备,其流场参数是评估设备性能和品质的关键数据。由于高温气流的恶劣环境,尚无有效诊断手段。本文使用可调谐二极管吸收光谱技术(TDLAS),针对气流中氧原子,选用氧原子特征吸收谱线(λ=777.2nm),测量了电弧风洞中水冷平头圆柱体模型脱体激波后的气体温度和氧原子数密度,试验测量与工程计算结果较为一致。试验显示出TDLAS具有高温电弧风洞应用的潜在优势。     

基于数字图像投影技术的三维液膜流动测量研究

流体薄膜流动定量测量是分析结冰相变传热过程的必要手段。基于图像处理的数字图像投影技术（DIP）可实现对流体薄膜的非侵入式定量测量。对DIP技术的基本原理、图像互相关算法和标定方法进行了介绍,设计并搭建了DIP测量系统和平板水膜流动实验台。DIP测量系统的整体误差在5%以内,证明了系统的可靠性与准确性。在平板水膜流动实验台上开展了一系列水膜流动实验,采用DIP测量系统复原了平板水膜流动的三维全貌。通过测量结果拟合得出平均水膜高度、无量纲水膜高度与水膜雷诺数之间的关系,并与理论推导和文献实验结果进行对比,整体趋势一致。     

三维物体表面测量光传感技术

建立了小孔成像摄相机模型,提出了将投影仪看作主动相机的隐函数线性模型.采用了四幅相移光栅条纹编解码技术进行数据匹配,提出了基于质量图的枝切截断算法,处理解码过程中由于图像噪声、孔洞、阴影等导致的相位误差.最后,搭建了实验原型系统,选取了实物模型进行测量试验.实验结果表明,该3-D传感系统工作稳定、精度高,在150mm×200mm的测量范围,精度误差约±0.04 mm.     

不同盐度下海水表面张力系数的表征研究

为研究不同盐度下海水表面张力系数的表征，并精简其表面张力系数的测定手段，根据气泡在海水中的受力情况，建立了海水中的气泡脱离体积及瞬时稳态上浮速度模型。通过搭建气体水下排放试验台，使用常压空气和6种不同盐度的海水分别作为实验的气相和液相，将气泡划分为低雷诺数缓慢上浮及高雷诺数快速上浮2种运动状态，并分别进行实验。用高速摄影技术对气泡运动进行实验观测，通过MATLAB编程对拍摄的图像进行分析处理，测定气泡脱离体积及瞬时稳态上浮速度。将实验数据代入到所建立的模型中，获得不同盐度下海水表面张力系数表征函数。结果表示，当气泡在非射流情况下生成及上浮时，气泡处于小半径慢速运动状态，属于低雷诺数运动过程，海水盐度与表面张力系数拟合效果理想，模型计算值与实验数据符合良好，偏离程度不到2%。