气泡水体携带能力的测量实验研究

针对水中上升气泡对水体携带作用一直难以测量的问题,特提出利用气泡上升携带水量来表征其能力大小的思想,进而专门设计了相应的实验装置,重点开展了双液分离转相精测技术的实验研究。实验时选取柴油和水构成双液,并分别采用直接测量和转相精测两种方法测量气泡上升携带水量。结果表明：采用双液法可有效分离气泡携带的上升水体;气泡上升携带水量的转相精测值精度高于其直接测量值,且携带水量越小其精度优势越明显,特别是当携带水量很小,直接测量法可能因误差太大而根本无法实施,但转相精测法却可顺利进行。     

塞棒吹气时方坯结晶器中气泡运动的水模研究

实验考察了在方截面结晶器内，由水口部位吹气形成的射流与气泡群混合的复杂流场中群水体的流态和气泡群运动特性，测定了气泡群直径，上升速度分布，气泡穿透深度以及气泡诱导水体运动的特性等；对气泡运动与水体中夹杂物去除的关系进行了初步探讨；实验确定的最佳吹气参数可供生产操作参考。     

水下强声波脉冲引发的空化气泡运动和声辐射

通过建立由等离子体声源、PCB压力传感器和高速相机等构成的实验测量系统,研究了强声波脉冲引发的空化气泡运动和二次声辐射。通过实验,观察到了强声波脉冲特有的波形结构,空化气泡的成长、膨胀和坍缩过程以及气泡坍缩时辐射的声信号。其次,利用Gilmore方程和Bernoulli方程,从理论上对空化气泡的运动和声辐射进行了数值模拟和分析。研究结果表明：（1）在强声波脉冲正压区的作用下,空化气泡将受到压缩并围绕＂准平衡态半径＂振荡;在强声波脉冲负压区的作用下,空化气泡将出现膨胀、坍缩和回弹的物理过程。（2）空化气泡坍缩时周期性辐射的声脉冲持续时间极短,具有＂冲击波＂的特点。     

竖直楔形流道的单气泡上升过程的实验研究

通过实验对竖直楔形流道内单气泡上升过程的行为特性进行了研究。利用高速摄影设备和计算机图像处理技术准确地追踪了气泡上升过程中运动轨迹和形态的变化。通过对气泡上升过程中旋转角、瞬时速度、瞬时加速度等参数的分析,找到了楔形流道内气泡上升过程的运动规律,并且通过推导获得了气泡上升过程中拽力系数的计算公式。     

基于微细梁振动位移的微尺度射流测速方法

实验研究微尺度射流流场中微细梁发生的振动过程,并提出基于该原理测量微尺度射流速度。实验使用长度56．2ram、直径约0．07mm铜丝作为微细梁,使用直径约0．36mm喷管产生的微尺度射流。使用高速摄影仪观察射流流速在2．7～27．3m／s间梁振动的变化。试验结果发现当射流喷嘴对准梁3／5处时,振动过程中振幅随射流速度上升。而当射流喷嘴对准梁的9／10和3／4处时,在高流速下,振幅不随流速上升。使用霍尔传感器和磁铁测量梁的振动,当喷嘴对准梁的3／4处,霍尔传感器输出电压有效值随射流流速线性增长。但在其他位置,由于磁铁改变了梁的均匀结构,振动随流速的变化不规律。     

大密度比双气泡在孔板结构微通道内上升行为的格子Boltzmann方法模拟

基于格子Boltzmann两相流大密度比模型模拟了孔板结构微通道内双气泡在浮力作用下的上升过程,主要研究E?tv?s数（Eo）、气泡相对大小、气泡之间的距离以及气泡和孔板间的距离对气泡变形、合并的动力学行为以及气泡上升速度和气泡剩余质量的运动特性的影响。研究发现,随着Eo数的增大,气泡在通过孔板通道时形变越严重,表现为上部气泡和下部气泡在合并过程中所夹带的液泡数量和质量同时增加,且气泡在通过通道的过程中会发生多次接触、合并与破裂;数值结果还表明,随着Eo数的增大,气泡达到顶端的时间增加而气泡穿过孔板的质量减小。另一方面,当上方气泡的尺寸大于下方气泡的尺寸时,两气泡在合并的过程中夹带的液泡数量更少,气泡穿过孔板时更迟缓但能够穿过孔板的气泡质量增多。此外,对于不同的气泡间距离和不同的气泡与孔板之间的距离,发现上下气泡之间的距离过大或者过小时,在气泡的合并过程中都不容易夹带液泡,且气泡穿过孔板的质量随着两气泡之间距离以及上方气泡与孔板之间距离的减小而增加。     

水中上升气泡体积变化率的图像分析技术

水中上升气泡的体积变化率是舰船自消隐特种气幕技术等诸多研究的重要基础。鉴于当前对这一体积变化率研究的紧迫需求,提出并较为深入地研究了水中上升气泡体积变化率的图像分析技术。首先,在理论研究的基础上,专门建立了分析计算的数学模型;进而给出了分析的实施方法,即利用摄像法获取水中上升气泡的图像序列,并从中得出所需图像的相关信息,再利用建立的模型即可求出其体积变化率;同时,设计了专门的实验,初步验证了这一分析技术的可行性。     

高温高速气流中航空煤油横向射流实验研究

横向射流是航空发动机加力燃烧室中常见的煤油掺混组织方式。本文使用激光诱导荧光（PLIF）技术,在加力燃烧室的工况条件下,对航空煤油横向射流过程进行测量,研究了液气动量比、气体雷诺数、气体韦伯数对射流深度的影响。通过自编程序对煤油PLIF结果进行处理,获取了横向射流的射流深度。进行了空气来流温度303～1100K,气流速度100～300m/s,液气动量比9～843,气体雷诺数357～4863,气体韦伯数61～716内射流深度的测量。结果表明,射流深度随动量比的增加而显著增大;气体雷诺数的增加增强了动量比对射流深度的影响;射流深度随气体雷诺数的增加而增大,但增大程度随气体雷诺数的增加而减小;射流深度随着气体韦伯数的增加而减小,但气体韦伯数对射流深度的影响相对次要。通过对实验数据的拟合,获得了无量纲射流深度关于无量纲轴向距离、动量比、雷诺数以及韦伯数的经验公式。     

溴酸钾-甲基红催化分光光度法测定水体中亚硝酸盐的研究

对水中亚硝酸盐的测定方法——溴酸钾-甲基红催化分光光度法进行了研究。通过单因素实验和正交实验,得出测定的最佳条件为：向两只比色管中分别加入4．0mlH3PO4、2．6ml甲基红、4．5ml KBrO3溶液,向其中一只加入2ml的NO2-标准液,然后均置于80℃水浴中加热15min。取出后用流水冷却至室温,在波长518nm处用1cm的比色皿,以水作参比,分别测量吸光度。该法的测定范围为：0．2～20μg／ml。     

垂直上升弹状流中弹状氢气泡运动速度

针对垂直管路内气液两相流实验化困难的问题,运用建模仿真的方法建立了竖直管路中弹状流气泡的运动模型,模拟了弹状氢气泡在垂直管路的上升过程,并对其运动速度进行了研究.仿真结果表明:在静置的竖直管道内,充分发展的弹状氢气泡的速度基本上以0.2265m/s的速度匀速上升;弹状氢气泡在流动液氢中运动时,其速度模型中的速度系数与流体的速度有关,当雷诺数从220上升到6400时,其系数的值从1.83下降到1.14;在未充分发展的弹状流系统中,气泡间距对气泡速度分布有着影响,其上升速度随着气泡间距的减小而增大.      

复合材料热气防冰系统试验研究

为了进行复合材料热气防冰性能的研究,结合冲击射流和微通道强化换热,针对复合材料导向叶片提出了一种热气防冰系统。对给出的复合材料热气防冰系统进行了简易的冰风洞试验,在同一气流速度、防冰热气流量、平均水滴有效直径条件下,对不同防冰热气温度、外流冷气温度和液态水含量状态下的蒙皮外表面温度进行了测量。结果表明：给出的复合材料热气防冰系统性能正常,能够满足防冰要求;比较了液态水含量、防冰热气温度和冷气温度对蒙皮外表面温度的影响,说明在本实验范围内液态水含量是影响蒙皮外表面温度的最大因素。     

Simulation of low-pressure water flow through the Laval nozzle taking into account evaporation on the basis of a two-temperature model of two-phase flow

A water flow through the Laval nozzle is studied using the model of the one-velocity two-temperature two-phase medium motion written on the basis of the Navier-Stokes equations. As an equation of state for the carrying phase, Tait??s equation is used. The vapor phase dynamics is described by the conservation equation for the concentration of bubbles having the critical radius, the Rayleigh-Lamb equation, and the equation of vapor pressure inside a bubble. The equations for the one-velocity two-temperature medium dynamics are solved by the Beam-Warming method. The explicit contraflow scheme is used to solve the Rayleigh-Lamb equation and the conservation equation for the bubble concentration. The solutions of the quasistationary type obtained for the plane Laval nozzle make it possible to estimate the local flow parameters and the rate of evaporation at with different values of counterpressure. We compare the solutions for the models of independent phase motion and those taking into account the interphase exchange of mass, impulse, and energy.     

喷管中泡状气液两相流影响因素分析

为了获得边界条件对缩放喷管中泡状流的影响,采用包含气泡动力学的连续均质混合流模型,基于求解Rayleigh-Plesset方程的变步长龙格-库塔方法,提出一种稳态泡状流求解的迭代修正计算方法,实现了喷管中流场计算。获得了气泡半径、混合密度在喷管中变化情况。将不同边界条件下的计算结果进行对比分析,得到了气泡平衡半径、喷管入口含气率及入口速度对流动的影响。     

用PIV实验研究边界层内结构函数标度律

湍流标度律的变化情况显示了湍流边界层内的流动状况。利用高分辨率、高帧率的粒子图像测速技术（PIV）对平板湍流边界层进行了实验研究。研究结果显示,当脉动速度增量结构函数的阶数为正整数且逐渐增大时,由实验所得的脉动速度增量结构函数的标度指数逐渐偏离K41和SL标度指数,出现奇异标度律;而当结构函数的阶数为正分数时,实验所得的标度指数和K41及SL标度指数较为接近;当结构函数的阶数由0趋向于-1时,实验的标度指数明显偏离K41和SL标度指数,出现奇异标度律。这也说明了用低阶结构函数的标度指数也能说明标度律的奇异性及边界层内存在间歇性。对于法向速度增量和涡量分量来说,不管结构函数的高阶或低阶的标度指数都不随壁面位置的不同而改变,具有普适性。     

Experimental Study of Motion of Nitrogen Taylor Bubbles and Liquid Slugs in Inclined Tubes

This article studies rising velocity of Taylor bubbles and liquid slugs in liquid nitrogen at different axial positions in upward inclined tubes by means of a high speed motion analyzer. The bottom-closed tubes in the experiments are 1.0 m long with an inner diameter of 0.014 m or 0.018 m. The tube inclines upward from 0° to 50° with respect to the normal. Statistical method is used to analyze the data of the Taylor bubble and the liquid slug velocity. Reflecting the effects of the inclination angle on the rising velocity of Taylor bubbles and liquid slugs, the experimental results indicate the similar trend the Taylor bubble velocity and the liquid slug velocity have: it increases first, and then decreases with the increase of the inclination angle. Moreover, with the increase of the inclination angle, the liquid slug velocity becomes greater than Taylor bubble velocity.     

高速平板着水数值模拟

探索和揭示物体入水冲击的流体力学现象与机理对飞行器水上迫降问题的研究有重要的参考价值。对高速平板着水涉及到的复杂物理问题展开数值模拟,采用有限体积法求解非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程和标准k-ε湍流模型,流体体积(VOF)模型捕捉水气交界面,整体动网格技术处理平板与水面的相对运动。在二维楔形体入水冲击的算例验证基础上,详细研究平板高速着水引起流体喷溅、射流、空气垫等现象和平板底面压力变化历程,结果表明:空气垫现象明显,俯仰角4°平板下表面出现规律的空气泡,10°时则不存在;平板下表面的水体沿壁面运动,当俯仰角为10°时,壁面水体的运动速度显著增加;在大俯仰角的情况下明显出现负压区。     

与飞机融合的单边膨胀喷管排气系统

单边膨胀喷管（Single Expansion Ramp Nozzle,SERN）是1种新型的排气喷管,具有可以有效抑制航空发动机排气系统的红外辐射和雷达反射截面积、后体阻力小、质量轻、增加飞机的敏捷性和可操控性等优点。运用计算流体力学/红外辐射（CFD/IR）数值模拟的方法,采用标准k-ε湍流模型和标准壁面函数,研究了轴对称喷管、单边膨胀喷管和开缝冷却单边膨胀喷管的排气系统与机身融合后的红外辐射特性空间分布规律。结果表明：单边膨胀喷管大幅度降低了排气系统尾向红外辐射峰值,其降幅达到60%以上,说明了单边膨胀喷管与后机身融合、遮挡内部高温部件,从而降低了尾向红外辐射的卓越红外抑制效果。