基于PIV测量技术的变曝气量下气液两相流速度场研究

粒子图像测速技术(PIV)作为一种无扰的全流场速度测量手段,在多相流研究领域具有较高的学术意义和实用价值。本研究针对曝气过程中的复杂气液两相流动,使用高速摄影机获取气液两相流流场的高帧图像,再通过图像预处理手段及PIV测速算法得到气液两相流速度场信息,并对不同工况下气液两相流的流态流速规律进行了研究分析。本文提出的图像预处理方案,通过采用图像的运动目标分割、降噪与反相等手段进行图像预处理,可以有效地减少后续速度场计算中的信息量及误差。研究结果为工业生产过程中有效提高曝气效率提供了重要的参考依据。     

粘性流体圆柱绕流的混合有限分析解

应用混合有限分析法拟合坐标系对粘性流体圆柱绕流进行了数值计算,得出Re<40形成的分离区长度和分离角同试验资料吻合很好。也计算了Re=100和200时,旋涡的形成和脱落,算得的脱落斯特罗哈数分别是0.16和0.19,同试验结果完全相符。     

PIV相关法中错误速度矢量的识别与评价

在PIV相关法中,分析结果中存在一些错误矢量。计算分析表明,搜索域的相关系数分布图中出现“多峰状态”是出现错误速度矢量的根本原因。由此,通过确定最佳相关域的范围来识别错误矢量的方法,用综合评价系数对这种方法进行评价,用这种方法对水泵水轮机内部流动的矢量图进行处理,效果较好。     

三圆柱绕流压力的脉动幅度及其与RMS值数值关系的…

本文用实验的方法研究了单圆柱和正品字和倒品字排列三圆柱脉动压力幅度的大小以及它们与均方根（ＲＭＳ）值之间的定量关系。在大多数情况下，脉动幅度是ＲＭＳ值的３￣４倍，有较固定的数值变动范围。强烈的压力脉动发生在后排圆柱的某些部位，表明了群体干扰对脉动压力幅度的严重影响，而缝隙流动影响了它们与ＲＭＳ值之间的比例关系。     

三圆柱绕流压力的脉动幅度及其与RMS值数值关系的实验研究

本文用实验的方法研究了单圆柱和正品字和倒品字排列三圆柱脉动压力幅度的大小以及它们与均方根(RMS)值之间的定量关系.在大多数情况下,脉动幅度是RMS值的3～4倍,有较固定的数值变动范围.强烈的压力脉动发生在后排圆柱的某些部位,表明了群体干扰对脉动压力幅度的严重影响,而缝隙流动影响了它们与RMS值之间的比例关系.     

定常有涡管流的速度场和涡量场

在试验研究的基础上，论述了有涡管流的产生条件及速度场和涡量场特性，给出了典型的流速分布并绘制了涡线。     

基于能量损失率最小原理求解稳定渗流场渗透系数

在基坑降水设计中,渗透系数的确定直接影响到降水方案的准确性、合理性以及可靠性,目前工程上通常采用现场抽水试验确定渗透系数,增加了时间成本以及工程造价,为此提出了 一种计算稳定渗流场渗透系数的有限单元方法.该方法无需进行现场抽水试验,并考虑了水跃现象的影响,基于能量损失率最小原理计算潜水含水层的渗透系数.采用该方法计算了...     

基于WENO-Z重构的Osher-Solomon格式求解浅水波方程

浅水波方程在水利、海洋和环境工程中有着非常重要的应用。该文提出一种求解浅水波方程的高分辨算法,对单元交界面处守恒变量进行三阶WENO-Z重构。空间方向上采用三阶WENO-Z重构的Osher-Solomon数值通量,时间方向上采用三阶强稳定的Runge-Kutta方法,将新格式应用于一维和二维不同初值问题的浅水波方程数值求解中,并分析与比较了研究格式的分辨率。数值结果表明:与原格式相比,三阶WENO-Z重构的Osher-Solomon格式分辨率更高。     

轴流泵不稳定流场的压力脉动特性研究

流场压力脉动是影响大型轴流泵运行稳定性的关键因素,本文采用时间相关的瞬态流分析理论及大涡模拟方法研究轴流泵内部非定常流动,得到了不同工况下泵内水压力脉动结果。通过与实测扬程和功率对比,证明本文所提出的方法可较准确地反映泵的流动特征。研究表明,轴流泵内最大压力脉动发生在叶轮进口前,压力脉动频率主要受叶轮转频控制;在叶轮进口与出口处,从轮毂到轮缘压力脉动逐渐增大,而在导叶中间及导叶出口处,结果正好相反。偏离最优工况越远,脉动的相对振幅越大,在60%流量工况下泵内压力脉动约为最优工况的2倍。     

有限元-有限差分法对振荡流加任意方向均匀来流中圆柱绕流的数值模拟分析

本文用有限元—有限差分混合法解不可压缩非定常N—S方程来直接模拟振荡流加任意方向均匀来流流场中圆柱绕流情况。该方法的基本思想为:在同一时间步的不同计算步中,用三阶迎风格式离散动量方程中的对流项,压力修正方程用有限元离散,离散后的方程用直接法解。本文计算了Re=800,K_c=4时,均匀来流与振荡流幅值之比等于0.8,其夹角分别为30°、45°和60°三种绕流情况。首次用该方法系统地计算分析了振荡流中在考虑较多因素时圆柱绕流的涡脱泻现象。重点探讨了有夹角均匀来流情况下振荡流场中圆柱近迹复杂的涡结构及其非定常演化过程。     

一种改进的粒子图像测速混合算法研究

粒子图像测速技术作为一种新的流场测速方法能够在不干扰流场的情况下获得整个流场的速度信息。粒子图像测速技术最关键的步骤在于粒子匹配。针对粒子密度分布不均匀、流场不同等实际情况,提出了混合算法,即结合互相关和松弛算法能够更准确地搜索粒子,进而对粒子进行匹配。对3种匹配算法的匹配概率进行比较分析,发现混合算法能更准确地分析粒子的运动状态,减少错误矢量的产生;另外,对松弛算法进行改进,通过优化筛选加权因子发现改进的松弛算法在运行速度上相比原始算法有了较大提高,匹配率与原始算法基本一致。     

简易粒子图像测速(PIV)技术开发与优化技巧

粒子图像测速(PIV)技术是一种瞬态流动平面二维速度场测试技术,在细部流场实测领域得到重视,但是成熟的PIV产品价格高昂。鉴于此,介绍了一种简易的PIV装置,主要由高速摄像机、激光发射器、柱面透镜和示踪粒子构成,以较低成本即可基本实现商业用PIV产品的功能。为了验证简易PIV性能,设计了PIV简易装置,采用Fluent软件模拟,并结合PIV技术对比分析了简易PIV装置的优缺点,同时对影响结果的粒径大小和粒子跟随性进行了优化。结果表明,简易PIV装置适宜选用玉米粉作为示踪粒子,并需要根据示踪粒子跟随性所能达到的最大进口水流速度选择高速摄像机的帧率,最终能够较好地实现流场实测,进而达到对PIV技术进行开发和优化的目的,其分析结果将为后续研究者提供参考。     

粒子图象测速技术及其在垂直进水口漩涡流场中的应用

本文通过粒子图象测速技术的改进，提出了数字可调脉冲光照和象增强技术，实现了在低功率激光照明下获得高象的流动图象，从而提高流速测量的范围和精度。     

流场实时测量中示踪球性能的研究

在基于颗粒示踪和图像处理方法的流场实时测量中，示踪颗粒的性能对流速测量的精度影响很大。为此，设计了一种半球形带沿的颗粒，其淹没深度较小，可以适用于较浅的水流条件，并通过试验研究了其分散性和跟随性。从试验结果可以看出，这种颗粒在运动过程中基本不会聚积成团，其运动速度达到稳定的时间和水流流速大致成对数曲线关系。示踪球的稳定速度和碎纸屑基本一样，可以认为这种颗粒能代表当地水流的运动速度。     

进出水口双向流动结构流速分布与脉动规律研究

抽水蓄能电站水道系统侧式进出水口因内部分流隔墩等导致流动复杂,其内部双向流动规律尚不清晰。本文以某实际工程进出水口为基础建立典型进出水口试验装置,利用先进的流速量测仪器进行试验研究。基于粒子图像测速技术（PIV）量测结果,揭示了侧式进出水口内部双向流动规律,出流工况,中孔扩散段内形成明显的主流且位于孔口中部,扩散段及调整段顶部形成低流速区,边孔扩散段内主流不明显;进流工况,中孔及边孔调整段顶部存在低流速区,水流汇入扩散段后流速分布趋于均匀。基于声学多普勒测速技术（ADV）量测结果,揭示了拦污栅断面脉动流速规律,出流工况,其脉动流速很大,流速脉动值可达到时均值的1.8倍,有别于脉动值较小的一般规律;进流工况,其脉动流速较小,符合脉动值绕时均值上下波动的一般规律。研究成果将为优化进出水口体型参数和分析引起拦污栅振动破坏提供理论依据。     

基于MIDAS/GTS的高压隧洞渗流场与应力场耦合分析

MIDAS／GTS是针对岩土和隧道的有限元分析软件,利用该软件结合广东省惠州抽水蓄能电站工程,对高压隧洞渗流场与应力场耦合分析进行了数值模拟,并与其他程序计算结果进行了对比分析,验证了MIDAS／GTS软件计算结果的可靠性和实用性,可将其应用于同类工程渗流场与应力场耦合分析中。     

基于侧压力系数变异性的隧洞围岩变形响应特征研究

以新疆东天山公路隧道为例,利用三维有限差分数值模拟软件FLAC3D,通过快速应力边界法生成符合实际工况的初始地应力场,结合实际侧压力系数λ的分布,分析λ取0.8、1.0、1.2、1.4、1.6时隧道内部变形规律。结果表明,λ从0.8增至1.6,拱顶竖向变形值减小约16%,拱底竖向变形值减小约14%,拱脚水平变形值增大3倍;在λ较低区段,注意拱顶和拱底处变形,及时安装衬砌系统,建议采取钢支撑挂网喷锚支护,对不稳定块体及时进行锚固;在λ较高区段,注意拱脚处变形,施工时要提高支护强度;在水平方向上一定范围内,由于应力状态的不同,不同沉降值出现逆向增长。     

基于数字图像处理的掺气浓度测量研究

通过试验室研究,借助高速数码摄像机,结合面向对象的VC高级编程技术,开发掺气浓度图像分析软件,提出一种自动识别水气二相流中气泡的数字图像处理方法,并进一步给出计算二维、瞬时掺气浓度场的算法。图像处理技术与水气两相流实测研究相结合的尝试和探索,体现了多学科的交叉。研究成果将提高对高速水流掺气机理的认识,为今后进一步深入研究图像处理技术在水流流场特别是高速水气两相流流场测量中的应用打下良好的基础,对提高掺气浓度的测量水平和精度,进而提高水力模型试验水平、满足工程设计要求等都具有较高的学术意义和实用价值。     

基于改进遗传算法的渗压分析

针对具体工程情况，建立了渗压的回归分析模型，用改进遗传算法进一步对模型的各项系数进行了全局寻优。通过与解析法所得模型的比较，证明了该改进遗传算法的有效性。     

开裂闸墩的温度场和应力场仿真分析

按照闸墩实际材料与浇筑过程,利用有限元仿真程序,计算了闸墩在施工期及运行期的温度场和应力场,得到了其开裂位置、开裂时间和开裂状态;与闸墩裂缝实际调查资料的对比说明,闸墩内部的过高温度是导致闸墩开裂的根本原因;通过虚拟浇筑计划下的仿真分析表明,选择合理的混凝土浇筑时间与方式,可以避免闸墩开裂。