撞击流混合器速度信号的Hilbert-Huang变换分析

应用激光多普勒测速系统,对撞击流混合器的流场瞬时速度进行了测量.将Hilbert-Huang变换(HHT)应用于瞬时速度信号的分析,提取出各阶内禀模态函数(IMF)并通过经验模态分解(EMD)对速度信号进行滤波降噪.通过希尔伯特谱分析(HSA)确定了撞击流混合器速度信号的能量分布状况,信号能量集中于低频区,即存在于尺度较大的流体涡旋中.分析速度信号各阶内禀模态函数在不同频段的能量分布与转换,发现不同频段IMF的能量分布与流型转变之间的对应关系.通过能量特征值的提取表明,提高螺旋桨转速有助于强化系统的混合效果.最后将撞击流混合器的流场由内而外划分为中心区、涡旋区和回流区3个部分.     

电磁流体动力驱动流体搅拌混合器特性研究

对小型电磁流体动力搅拌混合器的特性进行了理论分析和实验研究.该小型电磁动力混合器由聚碳酸脂和黄铜采用常规机械加工方法加工而成.研究采用的流体为氯化钠水溶液.为了观察流体的搅拌混合运动,在流体中加入微量微细玻璃珠作为示踪粒子.采用显微观测及图像采集技术记录流体的搅拌混合过程,用数字图像处理技术对流体速度场进行分析.建立了搅拌混合器的理论模型,并对其动力特性进行了数值分析,理论结果与实验结果相吻合.该小型电磁动力混合器已应用于微管道流动的混合控制并可应用于其它微流体控制系统中.     

螺旋折流板换热器壳程流动特性研究

利用激光粒子图像测速(PIV)技术在有机玻璃模型上对螺旋折流板换热器的壳程流动特性进行了实验研究.结果表明,螺旋折流板换热器管问流体斜向冲刷管柬.管间流场中非稳定区的流体由于接近换热器的轴心,受三角区漏流的影响,流速沿轴线方向呈上升趋势,且具有较强的轴向速度.稳定区内的流体流动较为平稳,其切向速度较高,具有明显的旋流特征,是换热效果较好的区域.管间流场的流体具有沿轴线方向波动的径向速度,可以增加流体的扰动,有利于传热.在管束外围,折流板与简体之间的漏流会增加流体的轴向速度,而搭接区的漏流则使得流体的切向速度增加而轴向速度减小.漏流对流体流速的影响会沿着轴线方向不断减小,流体流速趋于稳定.     

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.     

旋流静态混合器内脉动壁压符号时间序列复杂度分析

为了研究旋流静态混合器内瞬态壁压非线性符号化特性,利用高速动态数据采集系统对直径为0.1m、长径比为2的旋流静态混合器内湍流脉动壁压进行测量.基于瞬态壁压序列的有限统计复杂性对3种符号化转换方法进行了评估,并优化了数据采样长度和小波分解尺度.分析发现动态法保留静态混合流动有效信息能力优于其他两种方法.运用动态法和db2小波相结合对l~15尺度下的压力波动信号进行多尺度符号化复杂度分析.实验研究表明:随着轴向位置的增加,系统的稳定性增强,相对复杂度降低.7.8125Hz以上信号随着流体微团脉动频率的降低其相对复杂度呈双曲线衰减,而0~7.8125Hz信号相对复杂度随信号频率的降低呈线性衰减,表明静态混合是一种具有宏观大尺度稳定性和局部小尺度不稳定的多尺度结构的流体动力学系统.     

环形流道流体阻力特性实验研究

针对环形流道下流体阻力特性较圆管阻力特性存在差异,对不同尺寸间隙的环形流道流体阻力特性进行了实验研究.依据圆管流体流动特性原理,推导出摩擦阻力计算公式,采集实验数据、计算实验结果,并对实验结果进行比较、分析.结果表明,环形通道流动特性与流道间隙大小有关,认为间隙为2.5mm是环形通道流动特性的临界点.研究发现,间隙尺寸大于2.5mm时摩擦阻力系数与理论计算相符,流态转捩雷诺数与常规尺寸基本吻合;间隙小于2.5mm为窄环形通道,窄环形流道流体阻力系数随间隙的减小而减小,流道流体流态转捩点明显提前,并且间隙值越小流态转捩雷诺数越小.     

滑移流区内不同Kn数对流动及传热影响的数值分析

针对微尺度二维通道气体滑移流区的流动阻力和传热特性,采用滑移模型和SIMPLER数值进行了模拟分析.研究了定热流情况下不同Kn数时通道内压力、速度和温度场的分布以及流动阻力和换热的特性.数值分析结果表明随着Kn数的增大,速度滑移和温度跳跃的程度都增加,并且影响着流动阻力的下降,但两者对于换热系数的影响趋势是相反的:速度滑移有利于提高换热系数,而温度跳跃则降低换热系数,但总体上增加了微通道中的热阻.     

圆柱绕流尾迹对壁湍流相干结构影响的实验研究

对边界层外区的圆柱尾迹流动结构对边界层近壁区相干结构的影响进行了实验研究.实验在低湍流度风洞中进行,将圆柱放置于yc≈1.1δ(δ为边界层厚度)处,利用热线风速仪分别测量了沿流向不同位置边界层内的瞬时脉动速度信号,并分别比较了位于x/d=1、2、3、4、5、10、15、20、30,y+=10~1000范围内的壁湍流相干结构条件相位平均波形及其统计特性.发现圆柱绕流尾迹对平板边界层内相干结构有明显的影响,圆柱绕流尾迹虽然使壁湍流相干结构从喷射向扫掠转变阶段的强度减弱,但壁湍流相干结构的发生概率增加,总体上促进湍流产生,使湍流边界层增厚,壁面摩擦切应力和壁面摩擦速度均增加,从而肯定了湍流边界层外层流动中产生的扰动与近壁区相干结构猝发的生成和发展有直接联系,壁湍流相干结构猝发是外区流动中产生的扰动与湍流边界层内区共同作用产生的这一结论.     

汽车尾迹区涡流频率特性实验分析

基于模型风洞实验台架,对汽车模型外流场尾迹区流动结构进行实验研究.采用热线风速仪,对外流场尾迹区中选定测点处的三维速度场进行采样.针对速度场的采样数据,进行功率谱密度分析,探讨了汽车尾迹区破裂涡流的频率特性及其变化规律.分析结果得出:流体微团随着流场整体运动的同时,在其运动轨迹附近进行三维脉动.     

SiO2-水纳米流体在波壁管内流动特性的实验研究

实验研究了不同质量分数的SiO2-水纳米流体在波壁管内的流动特性,由于波壁管自身的结构特点,使流体在较小雷诺数下达到湍流状态,可以方便测出流体在层流、过渡流、湍流区的流动特性.研究发现:相同温度条件下,纳米流体的粘度随着质量分数的提高而增大;流动可视化照片显示纳米流体中由于内部纳米粒子的微运动促使流体均匀性更好;沿程阻力测试表明在层流区内摩擦系数随纳米流体质量分数的增加而增大,在过渡流和湍流区内摩擦系数随质量分数增加变化不大.     

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。     

Taylor-Couette流场特性的PIV测量及数值模拟

采用粒子成像速度场仪(PIV)和数值模拟(CFD)对Taylor-Couette 流场进行测量,获得各转速下涡流场信息。将同等条件下PIV测量结果与数值模拟结果相联系,对比分析不同旋转雷诺数范围内涡流场中不同径线和中轴线上各向速度的变化特征。结果表明,各种特征存在一定的转速分段范围:在2~7r/min(Re为100~350)时,各向速度特征为层流涡特性,在7~40r/min(Re为350~2000)时,各向速度特征为波状涡特性,在40~60r/min (Re为2000~3000)时,各向速度特征为调制波状涡特性,当转速大于60r/min(Re大于3000)时,各向速度特征为湍流涡特性。根据不同角度获得的各向速度特征对应的内筒转速、旋转雷诺数与流场涡形态的关系,明确分析出特定几何条件下,泰勒涡发生形态转变的旋转雷诺数,以便于深入探究泰勒涡流场的特性,定量分析涡运动形态特征。     

胶囊机器人管内流场的数值模拟和实验测量

胶囊机器人广泛应用于人体肠道的检查和治疗。根据永磁体法，设计制造了一种磁控光滑胶囊机器人。基于计算流体动力学（CFD）方法，模拟了胶囊机器人在充满黏液的管道内旋进（旋转和平移）时，其周围流体的流场（速度和涡量）；利用粒子图像测速（PIV）技术测量该流场；计算了胶囊机器人以不同转速旋进时，管道内流体流场以及胶囊机器人所受到的阻力、阻力矩和周围流体的平均湍流强度等。最后，还对胶囊机器人周围流体流线的形状和分布、流体速度及涡量的分布和大小进行了实验测量。结果表明:1）随着胶囊机器人转速的增大，胶囊机器人四周和下部区域流体速度和流体涡量都略微增大，而其周围流体的流线和涡量分布规律基本相似。2）随着胶囊机器人转速的增大，胶囊机器人前进方向所受阻力矩和周围流体平均湍流强度均增大，而其前进方向所受阻力基本不变。3）实验测量到的胶囊机器人周围流体流线的形状和分布、流体速度及涡量的分布和大小与数值计算结果基本相似。     

低速风洞快速变速装置实验研究

通过实验研究证明了用主流阻尼器快速调节半开口直流式低速风洞的实验风速的可行性。实验还考察了驻室容积、风扇转速等因素对调速加速度的影响，为稳态扫描环境模拟试验装置快速变速系统提供了必要的设计参数。     

雷诺数对半封闭紊流冲击射流流场影响的实验研究

通过采用热线风速仪给出了在半封闭、入射高度为2倍喷管直径时三种不同的雷诺数下紊流中冲击射流流场的详细的测量结果，并与文献结果作了比较。表明在上述条件下，雷诺数对主流速度的影响很小，对紊功能的影响也不太大，且主要集中在冲击区的近壁面部分。所得结果为数值计算冲击射流提供了实验数据。     

冲击射流火焰流场的LDV实验研究

搭建了基于激光多普勒测速仪（LDV）的冲击射流火焰流场实验平台，开发了固态粒子发生器、粒子回收装置和精密位移机构等装置，对单孔喷嘴（功率200W）、同轴喷嘴（功率1200W）的自由射流火焰流场和冲击射流火焰流场进行高精度测量，测量数据具有较高的准确性和可重复性。在冲击射流模式下，利用多个位置点的平均速度分量测量值进行流场重构，获得了冲击射流火焰流场基本特征。实验发现:在靠近冲击壁面区域距中心滞止点约1倍喷嘴直径处出现水平方向速度峰值，该点处可能会形成短冲击距离下换热强度的第二次峰值。在同轴射流工况中，外环同轴射流和中心射流间存在一个内部剪切混合层:在自由射流火焰模式下，该混合层随着射流的发展而耗散；在冲击射流火焰模式下，由于受到滞止区的作用，混合层向外扩张。     

标量图像测速原理及数值检验

标量图像测速是一种新型的能够测量微小结构的湍流实验测量系统,其理论依据是Schmidt(Sc)数>1的标量湍流里,标量场脉动的时间尺度和空间耗散尺度要小于对应的速度场脉动的时间尺度和空间耗散尺度,标量脉动比速度脉动具有更强的间歇性,标量场所含信息大于速度场所含信息,从高Sc数标量场提取速度场是可能的.笔者详细介绍了标量图像测速原理,并在积分最小化法思想指导下根据标量输运守恒方程及限定条件,建立了积分最小化标量图像测速的数学表示.通过变分法,获得了积分空间每个点的三个速度分量的欧拉特征方程,对欧拉特征方程离散化即可在积分空间建立一线性稀疏方程组.采用变分迭代法对此线性稀疏方程组进行求解即可获得三维速度场,据此采用积分最小化法建立了标量图像测速图像处理系统.还介绍了四维标量场(三维空间加一维时间)的图像采集原理,并采用DNS数据对标量图像测速处理系统进行了数值检验,检验结果表明标量图像测速技术所求解的速度场和DNS精确解之间在结构上是十分相似的,标量图像测速可以正确地提取速度场.     

屏蔽罩和微射流对超声速冲击射流的降噪研究

利用实验手段研究了超声速冲击射流在屏蔽罩或微射流控制下的流场和声学特性.远场噪声测量结果表明,对于超声速射流利用微射流或者屏蔽罩方法,不仅可以明显地消除冲击单音,而且还可以降低宽频噪声.为了理解这两种降噪控制方法的物理机理,利用粒子图像测速技术(PIV)检测了有无控制方法时的流场情况.PIV结果显示,对于超声速冲击射流当有屏蔽罩或微射流时,流场中的大尺度结构明显地减少了.说明这两种方法都能削弱超声速流场中反馈环的形成,因而降低了超声速冲击射流的不稳定性.     

鼻锥声学特性试验研究

该文内容涉及在气流当中进行声学测量存在的传感器自噪声问题.在速度为10m/s以下的气流中测量噪声,通常用泡沫球形风罩可有效降低气流流过传声器时产生的噪声(称为传感器自噪声).在速度为10m/s以上时,为降低自噪声,传声器必须装上特殊形式的鼻锥.但风速达到某个数值以后,传声器自噪声仍会太大以至于无法进行声学测量.所以,在高速气流中进行声学测量时,传感器自噪声成为测量的制约因素.根据自噪声主要取决于鼻锥的边界层与透声孔干扰的论断,笔者用风洞实验的方法研究了三种形式鼻锥的声学特性,试图寻找降低自噪声水平和提高实验风速的方法.研究表明,在透声孔上覆盖纱网可以降低传感器自噪声.在本文的实验条件下,加纱网可以降低自噪声约5dB或在保持自噪声水平相同的条件下提高实验风速约10m/s.     

低速风洞旋转流场下滚转振荡动导数试验技术研究

介绍了中国航空工业空气动力研究院自主开发的旋转流场下单自由度振荡系统及相应的试验技术。尾旋特性分析及预测时所使用的动导数通常是在常规流场中获得的，测得的动导数没有体现旋转流场的影响。该项试验技术通过在旋转流场中进行强迫振荡运动来获取飞机尾旋过程中的动稳定性导数，实现了对流动的真实模拟。在FL-8风洞中采用某型号飞机的动导模型进行了旋转流场下滚转振荡试验研究，对试验数据进行简单分析。分析结果表明：该系统试验性能稳定，试验数据可靠，可以有效的应用于现代飞机的振荡尾旋和飘叶式尾旋过器的气动力特性研究和预测。