三维PIV原理及其实现方法

粒子图像测量技术(PIV)在现代流场测量中发挥了重要作用,是流场测速研究的发展方向之一.随着二维PIV日益完善,新课题对流场测速技术提出更高的要求,推动了三维PIV的深入研究,但该技术的复杂性使得流场的三维速度测量更为困难.笔者以PIV技术为对象,重点阐述基于针孔相机模型的三维PIV原理和实现方法,并探讨了三维PIV研究工作的若干进展.     

用PDA测量两相湍流流场时固体粒子的选择

激光法测量两相流是近年来开发的一项新技术，测量过程中需要存在合适的粒子。本文研究了用三维粒子动态分析仪（ＰＤＡ）测量气固两相湍流流场时固体粒子的选择问题。试验过程中，运用几种不同的粒子作为煤粉粒子的模拟粒子进行测量和比较，结果表明：（１）粒子的特性参数是影响测量精度的重要因素之一；（２）测最气固两相湍流流场中粒子的运动特征时，应尽可能选择形状较规则、折射率大、尺寸分布合理、不易粘结且易于收集同时接近所要模拟的粒子性能的固体粒子，必要的时侯应结合粒子性能对测量结果进行修正．     

舰船模型后甲板流场特性研究

针对车载舰模后甲板流场测量，开发了一种三丝热线探头，测量出三维流场速度和方向。试验是在汽车载着舰船模型沿机场跑道直线行驶下进行的，通过改变模型与车身轴线的夹角β，以满足试验时不同合成风向的要求。结果表明，模型甲板前沿流动分离形成一定的＂死水区＂，流场十分复杂。车载规模试验在国内尚属首例，它为热线技术在外场测试的发展积累了一些经验。文中还阐述了三丝热线探头研制、工作原理、处理方法、外场数据测量及舰船模型后甲板流场测量结果分析等。     

整体构件周向叶片电解加工流场设计及实验

针对整体构件周向叶片的特点与加工难点,设计了带有内置绝缘腔的电解套型加工工具阴极,建立了两种进液方式的流场三维模型,采用有限元法对两种进液方式的流场进行仿真计算。计算结果表明由绝缘腔的叶盆叶背两侧进液并对出液口进行优化的流场方式较好,电解液流速较高且流场较均匀。使用根据有限元仿真结果设计的阴极开展实验,结果表明实验与流场仿真结果相符,采用优化流场模型的加工过程流场稳定,加工效率较高。     

跨声速风洞模型试验非线性洞壁干扰修正方法研究

简要介绍了ＣＡＲＤＣ高速所结合风洞试验和ＣＦＤ两种手段,发展的跨声速三维非线性洞壁干扰修正方法。该方法采用Ｅｕｌｅｒ方程和Ｎ－Ｓ方程模拟模型的绕流场,以实测的跨声速透气壁附近的压力分布作为风洞流场的边界条件,数值求解模型的风洞流场和自由流场,由两者之差得到洞壁干扰对模型气动力的影响。通过流场可视化软件可直观方便地分析洞壁干扰对跨声速模型绕流的影响。该方法已应用于七个模型在几种不同风洞试验段中的跨声速洞壁干扰修正,结果令人满意。     

高速摄影技术在三维位移测量中的应用

提出了用高速摄影技术准确测量三维位移的新方法。该方法利用一只测量基准，使两台高速摄影机的拍摄方向相互垂直或成一定角度，并使所有的测点都在拍摄范围内。从摄影胶片上点的运动求出测点的三维坐标。实验结果表明：该方法的测量精度较高，适用于测量大梦位移的时间历程。     

基于SPH方法的三维液体晃动数值模拟

采用SPH方法对棱形液舱在外加激励作用下,不同充液比工况所对应的舱内液体晃动进行了三维数值模拟,并将其与实验进行对比,两者吻合较好,同时成功地模拟出液体晃动产生的波浪翻卷和破碎,进而验证了SPH方法在求解三维液体晃动问题的准确性。分析结果表明:液舱的充液比及晃动周期对于液体的晃动特性及舱壁的压力有重要的影响,在大充液比情况下,迟滞特性所表现的双峰特征消失。     

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。     

二阶矩-EBU模型用于两相反应流场的数值模拟

采用RNG k-ε紊流模型模拟紊流粘性,二阶矩-EBU紊流燃烧模型计算燃烧速率,六通量热辐射模型考虑辐射传热对两相反应流场的影响,在任意曲线坐标系下对航空发动机环形燃烧室三维两相反应流场进行数值研究。气相流场采用P ISO算法求解,液相采用颗粒轨道模型,并用PS IC考虑气液两相的耦合影响。对两种燃烧室的流场进行计算的结果与实验数据对比,表明该计算方法可靠,可为燃烧室性能的改善提供有用依据。     

圆柱尾流场的 Tomo-PIV 测量

层析粒子图像测速(Tomo-PIV)是一种先进的光学测量技术,能够定量获取三维体视流场结构,可作为诸如湍流、多涡系干扰等三维复杂流场的有效测量手段。为了实现该技术在风洞模型测量中的应用,研究了工程应用和数据处理方法。在中航工业气动院 FL-5风洞,选取12mm 直径的圆柱体作为试验模型,应用 Tomo-PIV 技术测量了圆柱三维尾流场,通过解决体光源引入、示踪粒子投放和现场标定等关键技术以及对数据处理方法的研究,成功获得了圆柱体后方典型的三维卡门涡流场。测量区域约95mm×70mm×8.5mm,粒子图像分辨率达到20 pixels/mm,包含数万个速度矢量数据,实现了 Tomo-PIV 的风洞试验验证。     

PDPA移测架系统的研制与应用

对PDPA移测架系统的组成、功能及特点作了简要的介绍。通过应用表明:该系统的研制是成功的,系统运行稳定、可靠,激光测速系统可与移测架系统配合使用。     

应用激光相位-多普勒系统测量雾化液滴颗粒和流动特性

在几何光学近似理论的基础上分析了相位多普勒方法的理论模型和相位 粒径特性关系 ,分析了实验应用的光纤型激光相位多普勒系统的原理和组成 ,并应用此系统对雾化喷嘴的流动和颗粒特性进行了测量 ,得到了液滴的二维速度与粒径的相关和统计特性。     

PDPA技术在圆管射流测量中的应用

采用激光相位多普勒技术（ＰＤＰＡ）和传统热线对圆管射流进行试验研究,试验结果表明：ＰＤＰＡ技术具有精度高、动态响应快、不干扰流场等特点;自由剪切湍流的扩展率ｄｙｃ／ｄｘ＝０．０８０１,完全自模拟特性区在ｘ／Ｄ＞８。     

三维位移场测量的贴片云纹干涉法

三维位移场测量的贴片云纹干涉法是用多束准直相干光同时入射到贴有全息胶片的试件表面,并记录由其相互干涉形成的三组频率不同、方向不同的全息光栅。若对试件加载前后两次曝光,可得到含有试件三维位移场(u,v,w)的三组云纹图。利用光栅衍射方向的差异,容易在三个彼此分开的方向上观察到三组云纹,由此可定量分析试件的三维位移,无需进行复杂的光学滤波处理。文中给出了严格的理论推导和实验验证。     

水下平板壁面剪应力MEMS测量研究进展

围绕水下平板壁面剪应力测量进行了一系列的试验测试研究工作，包括MEMS壁面剪应力传感器标定、平板模型设计、微弱信号测量系统开发、平板边界层参数估计与CFD仿真分析以及近壁面速度剖面LDV测量等。对于速度为0.2~0.7m/s的来流，基于MEMS传感器阵列对水下壁面剪应力进行了测量，同时使用LDV进行速度剖面测量，并通过对速度剖面的拟合求解出平均壁面剪应力值。通过比较可知，MEMS测量结果、LDV速度剖面法拟合结果和经验公式计算结果三者一致性较好，相互之间差别在5%以内。     

适用于软体冲击动位移测量的磁敏检测系统

介绍了一种适用于诸如飞行器鸟撞实验的软体冲击动位移检测系统，提出了用霍尔磁敏器件为位移传感元件，新型线性补偿电路为中间处理环节的高频动位移非接触式测量方法。这一测试系统被用于某型号飞行嚣雷达罩的鸟撞实验位移测量中，效果十分理想。     

阀门金属平膜片工作应力分析

基于有限元分析软件ABAQUS/Standard建立某保险阀中关键零件平膜片的3D模型,对平膜片在不同运动行程、厚度和安装预偏工况下的应力状态进行了分析,得出影响平膜片应力的主要因素,为阀门产品中平膜片的设计提供了理论指导。     

PDPA与HW测量技术的对比试验研究

利用自由剪切湍流中的圆管射流所具有的流动特性,采用相位多普勒粒子分析仪（ＰｈａｓｅＤｏｐｐｌｅｒＰａｒｔｉｃｌｅＡｎａｌｙｚｅｒ）对射流随轴向发展的最大速度进行了７次重复性测量试验,给出非侵入测量射流的势流区和湍流自模拟区的测量精度。文中还进行了热线与ＰＤＰＡ对射流最大速度随轴向衰减变化的测量试验,给出了ＰＤＰＡ与ＨＷ测量结果之间的关系曲线和公式。同时给出了侵入测量中探头对流场中当地速度的干扰影响量。     

基于光场三维重构和PSP的曲面压力测量技术

光场单相机三维压力测量技术（LF-3DPSP）将光场三维成像技术和压敏漆（Pressure Sensitive Paint,PSP）技术结合,测量三维模型上的压力分布,为气动实验研究提供了一种全新的测量手段。LF-3DPSP采用与传统二维PSP技术相似的步骤,不同的是在试验阶段采用具有自主知识产权的光场相机硬件系统拍摄PSP图像和模型纹理图像,用于计算模型表面压力分布和模型三维结构尺寸。以截锥体为例,在Ma5的高超声速风洞中对该技术进行验证性试验研究。结果表明:LF-3DPSP技术能够精确测量大曲率模型的三维表面压力分布,且压力分布结果与纹影试验结果相匹配。     

An Elasticity Model Considering Grain Boundaries and Tensile Orientations for Directionally Solidified Superalloys

In order to investigate the elastic properties of directionally solidified(DS)superalloys,an elasticity model called boundaries elastic model(GBE model),considering grain boundaries and tensile orientations,is proposed in this paper. Two assumptions are adopted in the GBE model:(1)The displacement of grains,which moves along the perpendicular direction,is restricted by the grain boundaries;(2) Grain boundaries influence region(GBIR) is formed around the grain boundaries. Based on the single crystal(SC)calculation method of elastic properties,the GBE model can well predict macroscopic equivalent elastic modulus(Young's modulus)of DS superalloys under different tensile orientations effectively. To demonstrate the correctness of the GBE model,3 D finite element simulation is adopted and tensile experiments on a Ni3 Al-base DS superalloy(IC10)along five tensile orientations are carried out. Meanwhile,the grain boundaries are observed by light microscopy and transmission electron microscope(TEM). Therefore,the GBE model is proved to be feasible by comparing the simulated results with the experiments.