低雷诺数的孔板计量数值模拟及其应用

以计算流体力学为工具,详细分析计算了流体流过孔板的层流流场分布以及压力降。计算了β=d/D=0．5时的流出系数,并根据计算结果拟合出流出系数与Re的关系式。在以往孔板的层流流场模拟中,雷诺数不超过150,而作者所编的计算程序能够计算雷诺数从0～500之间所有孔板流场,从而为实际应用奠定了良好的基础。     

表面张力变化对含气泡液体射流破裂的影响

使用高速相机研究了表面张力变化对含气泡液体射流破裂过程的影响。通过改变表面活性剂浓度获得了不同表面张力的液体射流。实验发现当液体射流速度保持不变时,减小液体表面张力会增加射流破裂长度。表面活性剂一方面降低了液体动态表面张力,减小了射流表面不稳定波的增长率,增大了射流破裂长度;另一方面表面活性剂在射流表面的非均匀分布会产生Marangoni应力,促使液体向射流变形区运动,从而推迟了射流破裂的发生,增大了射流破裂长度。通过理论分析得到了液体射流破裂长度表达式。发现射流内部气泡会显著缩短含表面活性剂射流的破裂长度。通过气泡扰动射流速度和吸附表面活性剂的分析,揭示了内部气泡对含表面活性剂射流破裂的影响规律。     

基于频域分析的水滴运动方向识别

通过对水滴运动模糊图像的物理本质进行分析,提出了一种基于频域的水滴运动方向识别方法。通过对运动模糊图像做二维傅立叶变换得到其频谱幅值图,然后利用频谱幅值图中高亮条纹的方向与运动方向相垂直的特性完成对水滴运动方向的识别,高亮条纹的方向采用RADON变换方法加以检测。仿真实验结果表明,该方法可以准确地识别水滴运动方向。     

基于三目视觉的圆柱尾迹层析PIV测量

多数机械设备如换热器、汽轮机、燃气轮机等内部流场均具有内部空间狭小、流场流动复杂的特点。目前对于该类流场测量多采用二维粒子图像测速（PIV）的方法,难以反映真实的流场速度分布;同时多数三维流场测量系统设备复杂且昂贵,难以应用到狭小的空间测量中。因此本文搭建了一套基于三台相机的三维流场测量系统,针对某矩形水流管道,应用层析PIV技术对圆柱尾迹的低速流场进行了测量,成功观察并重建了圆柱产生的三维卡门涡街流场。测量区域约为30mm×30mm×5mm,三维空间分辨率达到20voxels/mm,重投影误差小于0.5%。研究结果表明,采用本文搭建的三相机层析PIV系统测量得到的三维矢量场合理地反映了圆柱尾迹的流动结构;MLOS算法相较于传统MART算法能够有效降低重构所耗时间,并能够达到同样的重建精度。本文搭建的测量系统也可用于其他低速流体实验中,而三相机的布置为测量狭小空间的复杂流场提供了可能。     

消光法乳剂颗粒粒径测量中浓度影响分析

为了研究消光法颗粒粒径测量过程中浓度对测量结果的影响,根据Lambert-Beer定律,对不同浓度下的乳剂采用多波长消光法进行测量分析,同时采用蒙特卡罗法进行数值模拟分析。实验和数值结果均表明:浓度对消光法测试结果的影响效果存在一个临界浓度范围。对于脂肪乳剂,该临界浓度出现在质量分数1.8‰左右;对于橄榄油乳剂,临界浓度则出现在0.5‰～0.6‰之间。超过该范围后,测量的粒径将受浓度变化剧烈影响。     

基于超声波阻抗谱的颗粒粒径表征方法

研究超声反射波谱与颗粒粒径及浓度之间的关系并发展一种基于超声波阻抗谱的颗粒粒径表征方法。对超声波波动理论模型适当变形,建立超声阻抗谱与颗粒粒径及浓度之间的关系;进一步通过数值模拟分析超声阻抗谱对颗粒浓度及粒径变化的敏感性;实验中使用中心频率10~100MHz超声波换能器,利用自发自收模式对超声波在缓冲层与介质界面上的反射波信号进行测量并分析,对体积中位径分别为7.69、21.58、66.64mm的聚苯乙烯悬浮液进行实验,获得阻抗谱并与数值模拟结果对比,根据实验阻抗谱进行数据反演获得样品颗粒粒度分布,并与图像分析结果进行了对比,结果显示,本方法可有效分辨3种颗粒样品的粒径。     

超细颗粒悬浊液超声衰减谱与声速谱测量研究

将短时傅里叶变换应用于超细颗粒两相介质中超声脉冲信号处理和时频谱联合分析,采用变声程方式,提出了一种对超细颗粒两相介质声衰减谱与声速谱同时测量的方法,并对平均粒径281nm的ZnO-H2O悬浊液超声衰减谱与声速谱进行实验研究。     

大型喷雾粒径分布的图像法测量

雾化技术在能源、化工等领域应用广泛,研究雾化机理和优化雾化喷嘴性能的前提是对其雾化液滴尺寸及粒度分布进行准确有效的测量和表征。目前常用的雾化液滴粒度测量技术,如基于光散射或衍射原理的激光粒度仪和相位多普勒分析仪等,能够较准确地测量粒径分布比较窄、最大粒度在2000 μm以下的喷雾,但对含特大颗粒且粒径分布很宽的喷雾,往往难以得到可靠结果甚至不可能进行测量。本文提出了用图像法测量这类大流量喷雾,构建了图像法测量系统,编写了图像处理程序,经标定实验后,采用该系统对某喷嘴喷雾液滴粒径分布及规律进行了测量研究。研究结果表明图像法可用于大型喷雾液滴粒度及分布的测量。     

基于超声衰减谱和相速度的颗粒粒径测量

超声波在颗粒两相体系中传播,包含了大量颗粒粒径信息,结合理论模型,通过提取超声波有效衰减谱和相速度谱分析了颗粒的粒径分布。实验中,对体积分数为10%的3种不同粒径分布的聚苯乙烯-水悬浊液,通过双样法和插入取代法（单样法）分别获得宽带超声波衰减谱与相速度谱,以ECAH模型为理论基础,并分别用Twomey、ORT和Davidon-Fletcher-Powell优化算法,反演出悬浊液颗粒粒径分布。测量结果与显微镜图像法结果进行对比,中位径误差小于15%,表明了利用超声波衰减谱法（UASA）和相速度谱法（UPVSA）测量悬浊液颗粒粒径分布的可行性与可靠性。     

基于模糊图像的气液旋风分离器液滴粒度、浓度、速度在线测量

为了对气液旋风分离器进出口液滴粒径、浓度、速度进行测量,研制了一套基于模糊图像测量原理的图像法颗粒粒径、浓度、速度的在线测量系统。具体介绍了测量原理和该系统构成。基于模糊图像处理方法可以得到视场中颗粒粒度与速度信息,结合镜头景深还可以得到流场颗粒浓度。测量系统由图像采集系统、位移控制系统与图像处理系统组成。该系统已被成功安装在某气液旋风分离器实验台上,现场测量结果表明,该系统与光散射颗粒测量方法相比,避免了反演过程,可以得到更高的粒度分辨率,且可以实现实时在线多参数测量,具有较大的优势。