激光干涉气液两相流测量图像自动辨读方法的研究

在能源、化工、炼油、制药、机械制造等领域中广泛存在着气液颗粒两相流的测量问题，因此气液两相流测量技术一直是国内外的重点研究课题。该文将介绍一种气液两相流测量的新技术——激光干涉气液两相流测量技术(ILIDS)，它具有提取两相流参数全、测量精度高和测量区域较大等优点。该技术利用高干涉性片状激光束照射气液两相流，粒子将激光以折射和反射的方式散射，用高速数码相机(120万象素)收集并汇聚散射光成像，折射光与反射光之间因存在相位差会在汇聚成像系统的失焦平面上形成干涉条纹图，图中包含粒子的粒径和空间信息。利用作者开发的图像处理软件对两相流干涉图像进行数据处理，自动高速提取两相流信息，将处理结果与人工辨读比较，有效粒子信息提取率高于90％，粒子定位及粒径计算误差小于5％。实验证明本图像处理技术具有工业在线测量的潜力。     

体视粒子图像测速技术研究进展

体视粒子图像测速（stereoscopic particle image velocimetry,SPIV）是一种可以无干扰测量平面三维瞬态流场的流速测量技术,它克服了平面二维PIV技术无法解析垂直于测量平面的速度分量及平面内速度分量易受透视误差影响的不足。文章对研发和应用SPIV技术过程中涉及的成像系统构造、成像系统标定、标定平面与激光片光不重合引起的测量误差及修正、三维流场重构等区别于PIV的主要技术特征进行了介绍,总结了上述关键技术的主要研究进展。在此基础上,从测量精度和空间分辨率两个方面,总结了现有SPIV系统的主要技术指标及其影响因素。最后,介绍了SPIV在复杂物体绕流及湍流相干结构研究两个方面的典型应用实例,总结了将SPIV扩展为三维体测量方法的主要途径和方法,揭示了SPIV在水动力学研究领域具有的极大应用潜力。     

不同工作原理的PIV在紊流测量中的适应性分析

基于单脉冲和双脉冲两种PIV系统的不同工作原理和高精度水槽试验数据分析了其在紊流测量中的适应性、数据的统计分析方法以及对样本容量的要求。双脉冲PIV系统和频率高于100Hz的单脉冲PIV系统均适合于紊流的测量,频率低于50Hz的单脉冲PIV系统只适合于平均流速的测量。传统的三种紊流数据统计分析方法中,双脉冲PIV只适合于统计平均法,高频单脉冲PIV可采用时间平均和统计平均两种方法。在进行平均流速的测量时,两种PIV系统的样本容量在500以上即能满足要求。在进行均匀紊流紊动特性的研究时,单脉冲PIV样本容量在30000时已经足够;而双脉冲PIV采用3000个采样数据不能保证所获得成果均满足要求,需要3000个以上的样本才能获得较好的结果。     

湿蒸汽两相流湿度测量方法研究进展

总结了汽轮机中湿蒸汽两相流湿度测量的研究方法。介绍了传统的热力学法、光学法等测量方法及研究进展情况,并对目前湿度测量的一些新的方法,新型加热法、显微视频技术和微粒图像速度仪测量法、微波测量法、光纤光栅测量法等,进行了分析和研究。     

一种基于布拉格光纤光栅测量湿蒸汽两相流湿度场的新方法

在论述Bragg光纤光栅传感测试技术独特性能的基础上，提出了一种基于Bragg光纤光栅传感技术测量湿蒸汽两相流湿度场的新方法。重点对光纤光栅测量湿蒸汽两相流湿度场以及温度场的机理进行研究，对实验系统装置的构建作了详尽的描述。讨论光纤光栅的湿增敏机理、湿敏材料的选择和涂覆方法，并对测量的影响因素和误差进行分析。该测试新方法将能解决湿蒸汽两相流中湿度的动态、准分布测量的技术难题。     

电容层析成像技术在旋风分离器固体浓度测量中的应用

旋风分离器中的固相浓度分布的在线测量是十分困 难的问题。传统的测量技术通常不能测量浓度的分布,而 少数能够进行分布测量的技术如PIV则受固体浓度的限制。电容层析成像技术是一种自20世纪90年代以来发展起来的非侵入的新型快速浓度场测量技术。它不干扰流场,不受流动中颗粒浓度、加速度、不透明等因素的制约,是一种独特和十分有前途的测量技术。该文采用电容层析技术测量旋风分离器中固相浓度的分布,研究其与入口风速和固体颗粒携带量的关系。     

用于气液两相流测量的正弦电流激励源的设计

气液两相流广泛存在于自然界和工业工程当中,对两相流参数(流型、相含率等)的测量对工业过程的控制及优化有重要意义。多截面电导信息截面检测系统可以用于对气液两相流参数的测量。正弦恒流激励源是多截面电导信息截面检测系统的主要环节,对能否得到有效的两相流的电阻信息有重要作用。应用FPGA技术和DDS技术,实现了100kHz双极性正弦恒流源的产生。测试结果表明,利用FPGA和AD9852及放大器构成的VCCS(电压控制电流源)正弦恒流源具有稳定性好,精度高,带负载能力大等特点,满足工业过程中对气液两相流参数测量的要求。     

基于超声波的气液两相流测量技术综述

对目前国内外采用超声波测量气液两相流的三种最新方法——超声波散射法、超声波多次回波反射法、超声波透射法进行了介绍,分别阐述了三种方法的基本原理和测量方法,对各自的特点和不足进行了分析,对声波在气液两相流中的最新研究进展进行了总结。     

不同结构进口对水泵吸水池自由液面的影响

水泵吸水池是影响泵站效率和安全运行的重要构筑物,自由液面与吸水池内各种旋涡的生成、空化的发生存在很大联系.本文利用二维PIV系统对吸水池自由水面进行了定量测量,通过图像处理技术,得到了不同结构进口下自由液面的分布情况.试验结果与采用VOF两相流模型计算的结果进行了对比,数值模拟结果可以模拟收缩结构后的跌水趋势,但与试验观察到的自由水面变化具有较大的差异,这表明VOF模型在模拟具有较大波动的跌水自由液面时还存在不足.     

基于ANSYS的ECT系统传感器电容值的仿真研究

电容层析成像(ECT)技术是一种新的测量技术,也是目前较为成熟的一种过程层析成像系统.该技术是用于识别一个封闭管道内两相流/多相流系统中各个相成分分布问题.它由正问题和逆问题组成,正问题中电容传感器的敏感场分布函数的计算要涉及到静电场中电容计算问题.在ECT系统的仿真研究中,电容要通过场的数值计算方法来求得.本文介绍了如何使用ANSYS来计算ECT传感器中的各电极对之间的电容.测试表明,计算结果与通过实验测量结果相吻合,该方法方便了正问题的仿真研究.     

激光干涉气液两相流颗粒速度矢量测量的研究

介绍一种测量气液两相流粒径和速度的新技术——激光干涉气液两相流测量技术(ILIDS)。在完成应用二维卷积和快速傅立叶变换图象处理技术，获得气液两相流颗粒空间位置分布和粒径方法的基础上，开发了基于粒径配对度、形变配对度等算法的粒子寻迹测速算法，能够从一组连续拍摄的气液两相流干涉图像中获得各个颗粒的速度矢量，从而得到二维颗粒运动矢量场。     

矩形扩压通道内流动控制的实验与数值研究

采用粒子成像测速技术和大涡模拟方法对带有涡旋射流的矩形扩压器分离控制的流场进行了实验和数值分析,数值计算结果与实验数据吻合良好。通过分析实验和计算得到相关截面速度和涡量分布,讨论了涡旋射流的二维涡结构;同时应用三维涡识别技术获得了射流产生各种涡旋结构的流动形态,重点研究射流流向涡结构的生成、发展等动力学演化过程。结果表明:射流剪切层涡系的结构随着时间推移从涡卷演化为了涡环;射流孔口前缘的马蹄涡系具有较强的稳定性,反向涡对具有明显的时均特性。此外还通过对比射流控制前后扩压器表面压力系数、分离区长度、扩张段流动形态及观测点功率谱分析等多种方式探讨了射流控制流动分离的控制效果,并指出射流在下游远场形成的纵向涡旋将主流流场边界层外的高能流体卷入到边界层内,增加了边界层内部的流动能量,从而延缓或抑制了流动分离。     

循环流化床内稠密气固两相流动的数值模拟

颗粒团聚是稠密气固两相流动中的一个重要现象，该文定义了颗粒团聚合力的概念来表征稠密气固两相流动中颗粒所受到的团聚效应，对单个颗粒进行了全受力分析，得到了聚合力的线形模型表达式。采用聚合力的线形模型，将两相流场分为稀相区和浓相颗粒团，将颗粒团视为整体离散相，文中数值模拟了循环流化床内的稠密气固两相流动，得到了床内颗粒团分布、颗粒团大小、床内空隙率、气相速度、颗粒相速度的详细分布，揭示了循环流化床内稠密气固两相流场的规律，以及循环流化床内两相流场的核心—环形流动结构。计算结果与前人实验结果相符并表明，采用该模型及其算法模拟循环流化床内稠密气固两相流动是可行的。     

流体可视化技术在沙棘柔性坝流场测量中的应用研究

随着计算机与光学技术的高速发展,作为流体力学中的一种强力测量方法,PIV(Particle Image Velocimetry)技术越来越引起人们的重视.本文在总结相关研究成果的基础上,提出将这一详尽的流场测速技术从实验室推广到野外沙棘柔性坝试验床的流速场测量,取得了较好的效果,可以为今后室外水流的流场观测提供有益的借鉴.     

PIV Measurements on Charged Plumes-Influence of SiO2 Seeding Particles on the Electrical Behavior

It is well known that an isothermal dielectric liquid can be driven by electroconvection. It has been demonstrated that two phenomena could generate space charge in isothermal dielectric liquids and then induce a fluid movement. These two electroconvective effects are bulk conduction and ion injection. In order to improve the performance of electroconvective devices, the velocity of the flows must be recorded as accurately and precisely as possible. In this paper, the particle image velocimetry (PIV) method that was originally developed in the field of experimental fluid mechanics is adapted to electroconvective flow measurements. The choice and the size of seeding particles are discussed. The influence of the seeding particles density on the current is measured. In this work, experiments were investigated on a typical two-dimensional charged plume flow produced between a blade and a flat plate. Both negative and positive polarities are also investigated.     

涡轮叶栅流场的PIV测量实例

详细介绍了PIV的工作原理、数据处理流程和使用要点。针对涡轮内部复杂的流动特性,应用具有较高空间分辨率的非接触式瞬态速度的PIV测量技术,获得了较清晰完整的沿叶高平面和叶栅出口速度场的瞬时速度场信息,并据此分析了涡轮静叶出口二次流的流动特性。叶栅实验中将模拟动叶的圆柱列每次沿周向方向移动1/4节距,测量沿叶高平面的速度场。研究发现,前排圆柱尾迹进入叶栅流道不同,对叶栅内部流场气动效率影响巨大;同时由压力面向吸力面运动的二次涡(低能流体,耗能过程)逐渐向后传递、扩张,并在吸力面卷起、堆积,使吸力面附面层骤然增厚,并引起沿叶高总压损失系数和沿叶高出口气流角的剧烈变化。     

水力机械转轮内固液两相流的三维贴体数值模拟研究

本文利用悬浮体固液两相流颗粒群模型的理论研究成果,对在含沙水流中工作的水力机械转轮内部的固液两相流进行了数值模拟研究。首先针对水力机械转轮内部的悬浮体固液两相流的流动特性,通过探讨固液两相间的作用力本构关系式,简化了颗粒群模型中复杂的理论方程,建立了能进行数值模拟的欧拉方程。然后提出了一种新的数值模拟方法,即：在贴体坐标系下采用有限体积法,利用单一网格拟人工压缩技术,解决欧拉方程中的压力－速度关联问题和压力波动问题,并从理论上分析论证了该技术的严密性和有效性。作者利用此技术分别对轴流式水轮机转轮内实际工况下单相流与固液两相流的欧拉方程进行了数值模拟,在计算过程中,该技术能保证数值快速收敛和结果合理。最后对两相流流场的模拟结果进行的分析表明本文提出的数值模拟方法和拟人工压缩技术是成功的     

应用透射式光层析术反演颗粒流的二维浓度分布

光层析技术(简称光层析术)是最近几年才发展起来的一门新兴技术，并已在生物组织成像、天文学和工业过程监控等领域引起人们越来越多的关注。该文针对在工业过程中的颗粒流的浓度空间分布测量问题，提出了一种场测量方法——透射式光层析诊断技术。文中给出了该光测方法的理论模型，分析了阵列式传感器的空间结构与被测区域剖分图、空间分辨率之间的内在联系，提出了带图象光滑约束的NOSER成像算法，并开展了相应的数值模拟和试验研究。在数值模拟中，将NOSER成像算法与传统的反投影法、滤波反投影法进行了重建性能比较；在试验研究中，对管道颗粒流的浓度空间分布进行了实际测量。实验结果表明，光层析诊断术在实际应用中是可行性的，具有无阻碍颗粒流动和可视化的优点，主要局限性是体积浓度的测量上限一般不超过1％～2％(vol.／vol.)(对应于测量区半径为80mm)。