可视化技术在分析新型蓄冷材料—笼型化合物（Clathrate）溶解过程中的应用（二）

运用折射率匹配（Refractive-Index Matching)技术，使混浊液内部自然对流的可视化图像速度测量成为可能。但由于来自微粒子的散乱光的影响，所得到的速度场出现了少量的误对应现象。为了解决这个问题，开发了新的可视化实验组合技术－折射率匹配与激光诱导荧光法（LIF：Laser-Induced Fluorescence)组合，利用不同种类的粒子发光波长不同的特必,表效地去除了向粒子的散乱光，获得了清晰的示踪粒子的图像，笔者将简要介绍了激光诱导荧光法的工作原理及其实验结果。     

喷口长度对离心喷嘴雾化特性的影响

为了研究喷口长度对离心喷嘴雾化特性的影响，对长喷口离心喷嘴内部流动状况进行了理论分析。采用高速动态测量分析系统，以水为模拟介质，对离心喷嘴流量、液膜展开角、喷雾场轴向速度等参数在不同压降工况下，随喷口长度的变化进行了试验研究。结果表明：喷口长度的增加使离心喷嘴流量增大、液膜展开角减小、喷雾场轴向速度降低；推导了长喷口离心喷嘴流量系数和液膜展开角的经验公式，该公式可供实际工程应用参考。     

幂律流体液膜破裂的线性稳定性分析

为对凝胶推进剂撞击式喷嘴产生的液膜的破裂行为进行研究,使用线性稳定性分析方法并结合幂定律本构方程对幂律流体液膜的稳定性进行了研究,并对流体物性参数、流变参数等对液膜流动稳定性的影响规律进行了分析.结果发现:稠度系数、流动指数和表面张力越大,液膜表面扰动波的增长率越小,波长越大.而较高的液膜速度、气液密度比和液膜厚度都使扰动波增长率变大,但波长随液膜速度和气液密度比的增大而减小,而液膜厚度的情况却相反.理论计算与实验值的对比表明,线性稳定性分析能较准确地预测液膜的破碎长度,但预测的表面波长却大于实验值.      

利用PIV方法测量半浮区液桥热毛细对流的速度场

利用PIV法对硅油液桥热毛细对流的定常速度场进行了实时测量。为了便于测量，液桥上桥端面采取了铜环中嵌透明材料的方法，从液桥的顶部进行观测。当液桥上下桥有温差时，热毛细对流出现；本实验对于不同上下桥的温差，对液桥横剖面内的速度场分别进行了测量，研究外加温差对于流场速度分布的影响；并且在液桥中取了几个典型横截面进行测量，以期对大件数液桥的定常速度场有比较全面的定量测量。此外，实验结果也可作为数值模拟计算结果的验证。     

数值计算数据的流动显示模拟

在风洞试验中，光学流动显示技术是揭示流场特性的重要手段，为了把数值计算数据与流场显示结果进行直接比较，利用可视化技术把数值计算数据转化成阴影、纹影和马赫干涉条纹图像。首先根据有关研究结果和平面流动的特点，导出适于产生计算流场图像的关系式，重新计算流场数据，然后将导出的数据进行颜色编码。为了使图像效果良好、图像生成速度快，还介绍了一种自行设计的，时空效率较高的颜色编码算法。     

显微PIV系统与实现

显微PIV系统可用于流体微观层次以及微流体流动的测量，可获得流体速度的场信息以及其中颗粒的场信息。本文主要介绍显微PIV系统所涉及的显微图像获取技术以及图像处理算法。该系统由硬件与相应软件系统组成。其中，硬件主要包括放大倍数为1000倍的光学显微镜以及最大拍摄速度为10000帧／秒的高速摄像系统；IMPACT软件为自行开发的基于C 系统的面向对象程序，其中内嵌多种数据处理与分析算法。通过对尺寸为1μm颗粒运动的测量，对不同数据处理算法进行了检验，结果表明：建立的显微PIV系统可有效获得微观流体流动的图像并可准确进行数据的处理，该系统完全可用于微观流体流动的测量。     

汽轮机低压排气缸内流场的PIV实验研究

使用时间分辨粒子图像测速仪（TR-PIV）对汽轮机低压排气缸模型内流场进行了研究。通过对某些特征平面的测量,获得了其平均流场的速度矢量与涡量,发现其内部流动从上部至出口呈现多个涡合并为一个通道涡的过程,通道涡主导了蜗壳通道内的流动,其涡量沿主流方向逐渐降低。实验还发现,在排气缸下部加装的隔板能有效阻止非主流方向上的流动,这将有利于有效通流面积的增加和降低流动损失。     

多块多重网格法及其跨声速转子内流并行模拟

为提高压气机内部复杂流动计算的收敛速度,发展了一种多块多重网格上的可压缩流动并行计算流体动力学(CFD)方法,数值模拟了跨声速转子NASA Rotor 35内部流动及气动性能,重点分析了对接分区方式和内界面通信模式对并行性能的影响。结果表明:对接分区方法和多块多重网格内界面数据处理方法能够保证串、并行CFD方法结果基本一致,且与实验数据吻合良好;并行精度基本不受分区数目和通信模式的影响,并行效率随着相对通信负载的增大而降低。所发展的并行计算方法对跨声速转子气动分析和设计具有一定的可靠性,为开发大型流体机械复杂流动的基础并行算法及软件提供了参考价值。     

油水两相分层流流动速度分布的激光诊断

从ＬＤＡ实测入手，研究了油水分层流流动速度分布问题。针对被测度较低的特点，提出了实用的声光辉 学频移驱动技术。针对液液分界面弯曲的特殊情况，先使用两种不同的ＬＤＡ的布置方案分别测量出不同区域内的速度分布，然后再组合成完整的速度分布。组合时采用了合理的测量点定位及校验方法，得到了不同轻相流量下的油水两相流速度分布曲线。以本实验结果为基础，文献〔７〕修正了原有的油水两相分层流流动数学模型，提出了“剪切     

基于VOF方法模拟离心式喷嘴内部流动过程

基于两相界面追踪方法VOF(volume of fluid)模拟了离心式喷嘴内部的流动过程,得到了液相填充喷嘴内部的过程,初始时刻,气液界面出现褶皱,随着进入液体的增多,褶皱逐渐消失;着重分析了喷嘴各个部位速度、压力分布,由于气液两相的存在,喷嘴内部流场变得异常复杂,流场分布不能用单相流的模式分析,总压损失大部分存在于喷嘴收缩段以及直管段,增大收缩段锥角、减小收缩段长度有利于减小总压损失;在喷嘴出口处设置一定扩张角,能够增加液相速度,减小液膜厚度,有利于雾化.      

剪切稠化流体（n=2）环管层流运动分析

从非牛顿流体运动微分方程式出发,利用积分、级数展开和数值计算方法,对剪切稠化流体（n=2）在环形通道中的流动进行了分析和计算,推出了该流体在环形通道中流动的速度、流量、平均速度和平均应变速度等关系式,绘制了几种不同R1／R2比值条件下的流体在管道横断面上的速度分布图,讨论了压力降与流量、速度与环管半径之间的关系,为工程计算提供了可靠的理论依据。     

水洞动态测力和流动显示一体化实验技术

研制能够用于低速水流中的三分量内式测力天平，结合氢气泡(或染色液)方法，在水洞(槽)中实现测力和流动显示实验同步进行的动态实验系统，克服了通常测力和流动显示分别在风洞和水洞中进行，实验条件不同给结果分析带来的困难。天平采用高精度位移传感器，避开传统的应变片技术应用于水中所遇到的技术困难。简易飞行器模型的静态和等速俯仰实验结果表明了测量系统的可靠性。     

基于壁面滑移修正的凝胶推进剂流变本构方程

为了调研壁面滑移现象对凝胶推进剂管道流动的影响,对凝胶推进剂及3种模拟液在直圆管中的流动进行了研究。对直圆管流动实验采集的流动数据进行壁面滑移修正,得到了壁面滑移速度公式。构建了考虑壁面滑移修正的幂律本构方程,计算出考虑滑移速度的沿程阻力系数和广义雷诺数及二者的关系。采用PIV实验并结合数值仿真,得到管道输送过程中的真实内流场速度分布以及壁面有滑移和无滑移的速度剖面图。研究表明:经过壁面滑移修正可见推进剂及模拟液幂律本构方程是唯一的;通过沿程阻力系数的计算和管道内流场PIV实验两方面验证了所用修正方法和所建流变本构方程的正确性和适用性。      

斜出口合成射流激励器横流输运特性与边界层控制

研制了一种斜出口合成射流(BSJ)激励器,应用粒子图像测速(PIV)技术获得了合成射流的瞬态和时均流动结构,分析比较了斜出口和常规平直出口激励器流场的异同。该斜出口激励器能将周围气体进行有方向的能量和质量输送控制,时均流场呈现沿壁面的横向流动输运特性。解释了横向流动输运的形成机理,并应用该激励器进行了边界层控制实验。研究结果表明:通过改变激励器的工作电压和频率,可方便有效地实现对平板边界层速度型的调控,使受控边界层速度型更"饱满",这对控制推迟边界层分离非常有利。     

一种旋流式喷嘴的实验和数值研究

对一种小尺寸复杂结构的旋流式喷嘴进行了实验和数值研究，实验研究中确定了喷嘴前后压差与流量间的对应关系，数值研究中应用VOF方法对喷嘴内三维气液两相流动进行了计算，并与实验结果做了比较，二者吻合较好，而后应用该算法对喷嘴在不同结构尺寸下的流动过程进行了计算，对比分析后发现，旋流室及旋流器的结构和尺寸均会对喷嘴出口速度产生影响，但只有旋流器螺旋升角和槽道数目才会对喷嘴雾化角产生显著影响。     

三维可压气体射流在液体中剪切稳定性分析

采用时间线性稳定性分析方法，就无限域不可压有粘液体中的可压缩，无粘气体射流流动的三维扰动稳定性分析，研究较全面分析了气体压缩性，液体粘性，表面张力效应，液气密度比以及滑移速度等重要因素对气体剪切流稳定性的影响，结果表明气体压缩性助长气液剪切流动的不稳定性；液体粘性可在小范围内抑制扰动增长；表面张力作用的提高使扰动最大增长率呈线性衰减，在主导波数区域内，液气密度比愈高扰动愈强，而在最大扰动波数限附近，规律趋于相反，气液间的滑移较显著地助长扰动的不稳定。     

雾化过程中的气体动力学特征

本文对雾化过程中环缝式和环孔式雾化器产生的气体流动速度以及导液管末端的增压与吸动现象等气体动力学特征进行了实验研究，着重考察了雾化器结构，雾化压力和导液管的相对位置等因素对雾化过程气体力学参量的影响规律。     

数据场可视化系统（DVS）和它的应用

探讨三个方面的问题，即数据场可视化的数据模型、体系结构以及应用。文章通过对应用领域的实际分析和综合，总结出常用的２２种数据场的类型，依此提炼出了数据场可视化系统的数据模型和体系结构，文章还对相关的可视化方法作了介绍。根据文中提供的模型在Ｉｎｄｉｇｏ２工作站上实现的一个数据场可视化系统已被应用于许多专业领域，文章最后给出了几个方面的应用的结果。     

冷却空气管供气腔脉冲射流流动响应特性实验研究

为了探究脉冲射流经航空发动机主动控制系统中冷却空气管内的流动响应规律，本文对单排40个出流孔的冷却空气管内的脉冲射流流动响应特性进行了实验研究。同时，引入了响应时间、迟滞时间和出流速度系数三个评价参数，对脉冲射流在冷却空气管内的响应特性进行定量分析。实验重点分析了脉冲频率f（1Hz~20Hz）、进口雷诺数Re（5000~20000）等参数变化对流动响应特性带来的影响。研究发现，在一个脉冲周期内，冷却空气管出流速度的响应时间和迟滞时间沿程逐渐增加，出流速度系数沿程变化不大。在本文实验参数范围内，f和Re增加，冷却空气管出流响应时间、迟滞时间所占脉冲周期的比例和出流速度系数逐渐增加。f、Re越大，冷却空气管内压力越大，流容越小。     

低比转速泵叶轮流道内部流动的PIV试验

介绍了粒子图像测速仪(PIV)、泵试验装置和试验方案.采用PIV技术,对3种流量下叶轮流道内部3个不同测量平面上的流动进行了试验研究,获得了速度矢量分布.探讨了速度分布沿叶轮周向和轴向的变化规律以及流量对速度分布的影响.结果表明,随着流量的减小,吸力面速度略有减小,压力面速度变化较为明显,当流量达到额定流量的0.6倍时,在压力面附近存在回流现象;在叶轮出口处,流量对相对速度方向没有明显影响;叶轮流道内部速度沿轴向分布均匀,绝对速度沿半径方向呈增加趋势,无量纲绝对速度的周向分量v_u/v从压力面到吸力面呈下降趋势,且随流量的减小而增大.研究结果为叶轮设计以及离心泵内部流动的试验研究提供了借鉴.