PIV技术在近水平油水两相流研究中的应用

自行研制了用于油水两相流研究的PIV(粒子图像速度仪)实验系统.该实验平台主要用于研究近水平油井测量仪器内的油水两相管流.分别对水平油水两相流中的分层流和分散流的速度场进行了测量.油水两相流流动速度分布与单相流有着明显不同的特征.油水分层流情况下油相和水相之间存在比较显著的速度滑移.而在水包油分散流的情况下,由于油滴平均直径在径向上的不对称分布,以及小油滴具有更好的跟随性等原因,油滴的轴向速度也呈现不对称性.PIV技术在油水两相流研究中展示出良好的应用潜力.     

激波与固体颗粒群相互作用实验研究

为了研究FAE武器、温压武器中燃料抛撒问题,在垂直激波管里进行了气-固两相流的实验研究.主要研究激波(Ma=1.96)与3种不同堆密度的石英砂颗粒群相互作用,用高速摄影仪对颗粒在抛撒过程进行图像捕捉,得到颗粒在抛撒阶段的速度.研究颗粒群在超声速气流下的运动规律以及激波对颗粒群加速的影响规律,分析激波通过颗粒群时气-固两相流中的动力学过程.定量分析颗粒堆密度对激波的影响,得出了固体颗粒群受到激波作用后抛撒过程中纵向和横向颗粒云团体积增加,颗粒云团平均浓度减少;颗粒群的堆密度与颗粒粒径、抛撒初速度、反射激波的强度都成反相关关系.     

疏透型防护林绕林流场的PIV实验研究

利用粒子图像测速仪(PIV),采用2帧 互相关的分析方法,对疏透型防护林流场的流动特征在风洞中进行实验研究,获得绕林流场的速度矢量图、速度等势线图和涡量场图。实验中选用的防护林疏透度分别为0%,30%,40%,60%。在各种疏透度下的防护林中,疏透度为0%的防护林近尾流区平均沿流速度衰减幅度大,但恢复也快,且有最高的平均垂直速度。疏透度为30%和40%的防护林绕林流场非常相似,其中疏透度为30%的林带,林后平均沿流速度恢复较慢,且气流扰动较小,具有良好的防风固沙作用。     

水平槽道内气固两相湍流中颗粒行为的PIV实验研究

运用PIV技术对充分发展的水平槽道内稀疏湍流两相流中的颗粒行为进行了定量研究.实验中壁面雷诺数Rer=430,使用颗粒为直径60μm的聚乙烯微珠,测量了0.1%和0.5%两种质量荷载.研究发现,颗粒最大浓度出现在y+≈10的位置上.对两种质量荷载,下壁面附近的颗粒体积分数最大值均远小于10-3量级,仍属于稀疏两相流.槽道下壁面附近,向上运动的颗粒概率大于向下运动的颗粒,两者概率的差异随着法向距离的增大而减小.在y- =10~30的范围内,颗粒相“喷射”事件(Q2)和“下扫”事件(Q4)概率分别显著地大于和小于当地流体对应值.颗粒相主要通过促进Q2且抑制Q4来实现对流体湍流的影响,颗粒的这一作用随着法向距离的增加而逐渐减弱.     

LDV测试技术在测量稀相气固并流上行和下行循环流化床两相速度中的应用

利用后向散射光纤激光多普勒测速仪（LDV），同时测量了内径为140mm的并流上行和下行循环流化床中稀相区局部气体和颗粒速度分布，并对实验结果进行了无固次处理和分析，对比了上行床与下行床内两相速度以及它们随表现气速和固体循环量的变化规律。研究发现对于顺重力场的并流下行床和逆重力场的并流上行床，床内两相速度分布存在明显差异，这主要是由于气固流动机理不同引起的。研究还表明在下行床中速度分布在形状上呈现明显的相似性。     

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.     

正弦型来流条件下大气表面层特性的研究

导出了正弦来流条件下的大气表面层平均风速及湍流强度的计算式.在环境风洞中使用粒子图像速度仪(PIV)对正弦来流条件下的大气表面层平均风速廓线和湍流强度进行了测量.结果表明:正弦型来流条件下所模拟的大气表面层在不同高度上风速均呈正弦规律波动,测量得到平均风速与导出计算式结果一致,相当于在定常风速廓线基础上叠加一个周期与主流风速一致、振幅随高度变化的正弦波动函数.每一个相位的湍流强度沿高度的分布均与定常来流条件下的湍流强度有着相似的变化规律,且湍流强度的大小随相位变化呈现一定的波动性.     

D300mm×3420mm圆管内旋转流流场的LDV实验测量

利用激光多普勒测速仪(LDV)对直径D 300mm×3420mm圆管内的旋转流场进行了实验测量,重点测量切向速度与轴向速度的分布以及湍流强度分布.测量结果表明圆管内的旋转流是Rankine涡结构形态,旋转流强度沿轴向存在着明显的衰减特性,且最大切向速度的径向位置沿轴向逐渐向内移动,即由上游的刚性涡逐渐向下游的准自由涡和刚性涡组合过渡;轴向速度的分布存在着很大的不均匀性,在r=0.5R区域存在一个轴向速度的低速区,甚至出现上行,但在轴向位置z>10R后轴向速度全部向下,并向均匀分布发展;圆管内的切向湍流强度比轴向湍流强度大一倍,两者的湍流强度在准自由涡区径向分布比较平均,中心刚性涡区域的湍流强度比较高,而且随轴向位置的变化衰减不明显.     

高速摄像技术在循环床锅炉出口区域颗粒运动测量中的应用

为了说明高速摄像技术的一些特点 ,及其在多相流场颗粒运动规律研究方面的潜力 ,以循环床锅炉出口区域颗粒运动测量中的应用为例 ,采用高速摄像系统捕获可视化流场的图像 ,再进行图像分析和处理。通过对颗粒的运动速度、运动轨迹和密度分布等信息进行测量的结果表明 ,利用高速摄像技术能够成功地研究复杂流场的颗粒运动规律。     

脉冲周期介质阻挡放电作用的PIV实验研究

静止大气下,对施加脉冲周期介质阻挡放电,半顶角为10°的圆锥前体进行了PIV实验研究.采用总平均和相位锁定平均方法对脉冲周期放电进行了分析;对比了不同占空比和不同相位角沿θ=90°半径上的切向速度和轴向涡量分布,得到了在圆锥表面等离子体诱导的最大速度和最大涡量;分析了脉冲周期放电的动量转移特性.实验结果表明:脉冲周期放电引发动量转移的主要机制是涡的增强而非气流的加速;当激励器处于脉冲放电间歇时,相位锁定平均的最大速度和最大涡量不为零,存在流动滞后效应,有利于节省能耗.     

激光多普勒测速方法研究超声速冲击射流

在超声速射流噪声的产生中 ,喷嘴出口的激波栅格结构有关键的作用 ,激波栅格的间距是推测激波噪声基频的基本参数。应用激光多普勒测速方法对收缩喷嘴欠膨胀射流垂直冲击平板的流场进行了测量 ,获取了射流轴线上的速度分布。从该轴线速度的起伏推算出自由射流段的激波栅格间距与前人用接触测量方法得到的经验公式基本一致 ,但是比该经验公式值低 5 %以上 ,表明由该接触测量所得的经验公式描述的激波栅格间距可能大于实际的激波间距。     

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。     

基于形心主轴的二维DPTV算法

提出了一种根据曝光时间内示踪粒子形成的轨迹图像来确定瞬时流速的数字化方法.将采集到的粒子轨迹灰度图像转化为二值化图像, 对粒子轨迹图像包含的像素点进行了标记.通过确定粒子轨迹图像的形心主轴得到了粒子轨迹长度,根据流场局部区域运动速度基本相同的事实确定了示踪粒子的运动方向,得到了流体的运动速度.应用本文提出的测速算法对槽道流动的瞬时流场进行了测量.对瞬时测量结果进行平均得到的垂向平均流速分布规律与公认的对数率分布规律相吻合.     

气固两相自由射流的瞬态流场研究

为深入了解气固两相流的瞬态特性，对出口内径为10mm的气固两相自由射流流场进行了PIV实验研究，同时应用Fluent软件对其进行了数值计算加以对比。对实验和数值计算的气固两相速度场和固相浓度场的分析发现，气固两相射流中，固相的分散度小于气相，两相间存在明显的滑移速度；固相粒子集中在射流轴线附近，在射流中的扩散小于气相。     

SL-II型乙烯裂解炉炉内流动特性的研究

乙烯裂解炉底部燃烧器的燃气射流,使炉内烟气流动复杂,烟气温度分布的均匀性较差.为了解实际裂解炉膛内较难观察到的气体流动状态并为裂解炉膛内合理的流动组织提供调整依据,以优化炉内燃烧,通过冷态模型研究了裂解炉炉膛内气流速度场.利用PIV技术测量炉内流场速度,得到了不同工况下的流场图和炉内气速分布规律.结果表明炉内流场主要受底部燃烧器的影响,而侧壁燃烧器由于负荷相对较小,对炉内流场影响较小;底部燃烧器的气体射流在炉膛下部管排两侧各形成一个回流区,由于炉膛结构的影响导致了炉膛上部管排两侧的非对称速度分布.     

活性炭在流化床中吸附净化NOx废气的实验研究

实验研究了活性炭在流化床中吸附净化ＮＯｘ废气时，串联床层数，床层高度，气速活性炭粒径和入口ＮＯｘ浓度对吸附量的影响，得到了各因素影响附量的规律，为流化床吸附器的设计和操作参数的选取提供了参考依据。     

下击暴流出流段非稳态风场的大气边界层风洞模拟

为在风洞实验室中实现大尺度下击暴流出流段风场模拟，基于平面壁面射流方法，设计制作了一套下击暴流出流段非稳态风场的模拟装置。通过增加壁面射流喷口及风机，得到下击暴流的水平平均风速竖向剖面。采用快开阀门形成非稳态的突变风场，与安德鲁斯空军基地下击暴流实测数据对比，对模拟装置进行了验证。结果表明:设计的基于壁面射流的下击暴流模拟装置能够有效模拟下击暴流出流段风场；在稳态条件下，装置能够形成较为均匀的二维平面壁面射流流场，在完全发展区域，能够得到与典型下击暴流竖向平均风速剖面较为吻合的结果；采用非稳态的壁面射流装置，能够得到非常接近实际下击暴流的时变平均风速。     

激波波后氮分子发射光谱的测量

利用多通道光学分析仪测量激波波后不同时刻高温氮气的辐射光谱发现，辐射随时间发生强烈的变化。在非平衡态和平衡态，光谱的各条谱线强度有明显的差别。光谱的结构特征也依赖于激波的速度。     

180°矩形弯管流场的LDV测量

采用激光多普勒测速仪(简称LDV)对180°矩形弯管内流场进行了测量,得到时均速度、湍流强度等数据.除靠近内壁r~*=0. 1位置,弯管纵截面上的切向速度沿轴向基本不变,但靠近弯管上下壁面的切向速度逐渐减小直至为零.在弯管的主流区域,0°~60°之间的纵截面上,内侧切向速度增大,外侧切向速度减小;60°~180°之间的纵截面上,内侧切向速度减小,外侧切向速度增大.在整个弯管段内,内侧切向速度总是大于外侧的切向速度.由于受到边界层分离和二次流的影响,90°~180°纵截面上r~*=0. 1位置的切向速度产生明显的变化.轴向速度值远小于切向速度值,并且沿轴向变化不大.轴向速度的正、负之分,说明了二次流的存在,并且二次流的旋转中心从外壁向内壁移动.切向和轴向湍流强度的数量级一样,基本在0. 1Vi左右.切向湍流度在150°~180°纵截面r~*=0. 1位置的变化很大;但是轴向湍流强度分布比较平稳,其值沿轴向和径向变化不大.