基于PIV技术的阶梯溢洪道流场和涡量测试

鉴于阶梯溢洪道流场和涡量场分析对其消能特性的研究非常重要,利用粒子图像测速技术(PIV)测试了阶梯溢洪道滑行水流的二维流速场和涡量场,并分析说明了模型装置、仪器测试区域和相应参数设置。通过处理粒子图像获得模型水面线,验证了模型的水流流态为滑行流;从~#3～~#5阶梯的流速等值线分布特征得到阶梯滑行主流沿水深方向的流速变化,台阶凹角内旋滚水流的流速和转动周期;从~#3～~#5阶梯的垂直涡量场等值线分布,得出阶梯溢洪道滑行流态旋转水流产生的原因和运动方式,验证了阶梯溢洪道水流紊动耗散的主要原因;并通过计算阶梯消能率,说明了试验模型的消能效果。对PIV技术用于其他消能工消能特性的研究提供了参考。     

燃烧流场测量的PIV应用初步研究

使用丹麦Dantec公司生产的二维PIV(Particle Image Velocimetry)系统对甲烷/空气的扩散燃烧热态速度场进行了测量，得到了燃烧状态下的速度场信息，解决了利用PIV进行热态测量的问题。     

脉动气流流量测量用阻尼稳流装置的研究

从理论和试验两个方面,对用于测量脉动气流流量的带阻尼管的稳压箱进行了研究,提出了这种装置的设计原则和方法。分析和试验结果表明,采用阻尼稳压箱可以减小稳压箱容积、增大稳压效果,从而提高脉动流流量的测量精度。带阻尼管的稳压箱其总容积为气缸容积的290倍,箱管直径比为22 5∶1。在单缸机上转速为1200r/min的工况下,流量测量的系统误差<3%;而在相同的系统误差下,同容积的空稳压箱只能测取2000r/min以上的流量。     

射流泵内部流动的实验研究

实验研究射流泵内有限空间水射流与其周围低速水流间的紊动混合。在射流泵11个轴向位置上布置了测压点：1个在渐缩锥形喉管入口,6个在喉管,4个在扩散管。用U型管测量11个测压点的壁面压强。用粒子图像速度场仪(PIV)对射流泵喉管入口和喉管内有限空间水射流进行测量。获得了4种流量比情况下射流泵对称面流场的速度矢量和轴心速度分布。测量结果为射流泵内部流动分析提供了可靠依据。     

发动机进气歧管出口流场的PIV试验研究

采用PIV技术针对L91型发动机进气歧管出口流场进行了试验研究,设定发动机模拟转速分别为2 500,3 000,3 500,4 000,4 500 r/min。试验结果表明,进气歧管出口空气流场可分为两个区域:离出口30 mm以内区域和离出口30mm以外区域;离出口30 mm以内区域,存在起伏波动的"流动边界层",发动机转速增加,空气流速越大,发动机转速由3 000 r/min增加至3 500 r/min时,流场中心速度增长程度最大;离出口30 mm以外区域的流线分布不均;离出口30 mm以内区域气流上下部存在大小相等,方向相反的瞬时涡量,离出口30 mm以外区域存在紧密靠近的涡流对。     

基于PIV测试技术的涡轮动叶栅流场可视化研究

针对某设计转速为1 500 r/min的涡轮动叶叶栅在780-1 680 r/min之间的4个转速工况,利用干冰作为示踪粒子进行了内流场的PIV(粒子图像测速技术)实验研究,获得了动叶叶栅流道中间截面及其下游区域的速度场和涡量场的二维分布并进行了比较分析。研究表明:利用PIV技术测量的瞬态结果可以很好地捕捉动叶栅尾缘分离涡的形成和发展过程;在所研究的实验工况以内,动叶出口及其下游区域速度随着动叶转速的增大而不断增大,流道内部气流速度随转速增加会出现先增大后减小的特点,叶轮输出功率与流道内部气流速度随转速变化的规律一致;在设计转速工况附近动叶流道的涡量场强度较弱,随着叶轮转速降低,叶栅流道内特别是动叶吸力面下游区域的涡量强度明显增强。     

气固两相湍流射流的扩散PIV实验研究

本文利用粒子成像测速(PIV)实验技术,针对流动雷诺数Re=6230的气固两相湍流射流在水平圆管喷口附近的流场进行了实验研究。借助PIV,获取喷口顺流截面上速度分布与湍动能分布数据,分析比较气相拟序结构对于不同Stokes数的粒子扩散影响的差异,并指出影响湍流射流扩散机制的主要因素。     

基于PIV测试的风轮主要声源区域雷诺应力特征分析

为了获悉风轮主要声源区域的流动机理,在风洞开口段,在不同风速和尖速比下,文章对风轮展向X/C=0.5区域不同相对弦长处的流场进行了PIV测试。测试结果表明:由于翼型表面发生流动分离导致流体速度脉动,雷诺应力迅速增加,使叶片与来流相互作用产生压力脉冲;随着相对弦长的增加,雷诺应力均有不同程度的增大,当X/C为0.4~0.8时,雷诺应力的变化最为明显;对比不同风速、尖速比、相对弦长处的雷诺应力数据发现,随着尖速比的增加,雷诺应力增大最明显的区域向前缘移动,流动分离位置提前,而风速变化对流动分离位置没有影响;发生流动分离后的主要声源区域的雷诺应力呈现单峰值,流体脉动程度较剧烈;对比不同工况下主要声源最大声压级和X/C=1处中心最大雷诺应力值发现,两者变化趋势一致且易受尖速比变化的影响。文章以实验测试的方法揭示了风轮主要声源区域雷诺应力表现的流动特征,研究成果对于叶片的优化设计和降噪方法的改进提供了可行的解决思路。     

弯道内湍流流动特性的实验研究

本文采用ＴＳＩ１１２５型热线风速仪侧量了二维弯道内湍流流动的时均速度和湍流强度。实测结果发现随θ角由２５°增大为４５°，最大时均速度由内壁向外壁从０．３处移向０．４处。湍流强度外壁面大于内壁面，随θ的增大，内壁处湍流强度被抑制，而外壁处被加强。本文对弯道湍流场的测量为考证湍流模型提供依据     

炉内温度速度耦合场声线弯曲特性研究

为了实现声波法测量热物理量场的可靠重建,弄清介质温度和流速对声速的耦合作用机理,采用三角形前向展开法和Lagrangian法建立追踪模型,针对仿真的不同炉膛典型温度场和流场,研究了声波传播路径的弯曲效应,同时建立一维流场模型以从理论角度验证上述方法的可行性和可靠性.结果 表明:炉内烟气温度、流速耦合场对声波传播路径影响...     

河道滞水区植被影响下的水流特性试验研究

为模拟存在滞水区的河道内水流运动开展了水槽试验,采用粒子图像测速仪(PIV)测得不同雷诺数下无植被滞水区、不同密度刚性非淹没植被滞水区的流场,分析了滞水区内的环流结构及横断面上流速分布规律。结果表明,植被对滞水区的水流结构有较大影响,植被密度较大时,滞水区中无环流结构,横断面上流速符合双曲正切函数分布;无植被及植被密度较小时,滞水区中有明显环流结构,横断面上仅剪切层部分区域流速符合双曲正切函数分布。对滞水区内部流速采用线性分布公式拟合,说明植被密度较大时,雷诺应力是主导切应力,滞水区横断面上力的平衡机理与充分发展的剪切层一致;无植被及植被密度较小时,空间脉动产生的分散应力及二次环流产生的影响增大,致使滞水区内部流速分布发生改变。     

湍流管流中柴油机微粒沉降特性的模拟研究

应用 CFD 软件对湍流管流中柴油机微粒的沉降特性及其影响因素进行了研究.分析了对柴油机微粒沉降具有重要影响的湍流管流中流场的结构特征,研究了微粒热泳沉降和湍流脉动沉降特性以及两者在微粒沉降中的相互作用,并对影响微粒沉降的各种因素进行了分析.通过研究,获得了湍流管流中柴油机微粒的沉降特性和沉降规律,研究结果可以为柴油机微粒沉降的控制以及微粒热泳净化技术的研究提供一定的依据.     

基于Openfoam的怀来复杂地形风电场流动特性研究

针对实际风电场复杂地形的流动特性,基于Openfoam开源软件进行二次开发。通过自主研发的网格捕捉地形工具,运用计算流体力学(CFD)模拟方法,研究了复杂地形条件下不同扇区入口方向的流动模拟。模拟结果表明:基于Openfoam的复杂地形模拟方法具有较高的模拟精度,验证了方法的可行性;以河北怀来的实际复杂地形为研究对象,通过定性和定量速度场特性分析可知,风绕过山体,受到山体漩涡流动和风机尾流损失的影响,风电场的风能品质下降;主风向下流动的自持性较高,而在其他扇区进出口的流向速度梯度不为零,存在较大的回流现象,各个机位点在轮毂高位处的观测结果与商业软件计算结果相差15%左右。文章的研究方法对于复杂地形数值模拟和风电场微观选址具有重要的参考价值。     

半开式离心泵内部流场的数值模拟研究

采用标准k-epsilon,SST以及DES 3种湍流模型对小流量工况下半开式离心泵的流量-扬程曲线和内部流场进行了数值模拟。为了验证模拟结果,应用二维粒子图像测速技术(PIV)对离心泵的内部流场进行了实验测量。研究证明:对于半开式离心泵流量-扬程曲线的预测,3种数值方法都能比较准确的进行预测;而对于内部流场的预测,标准k-epsilon和SST湍流模型不能得到准确全面的结果,而DES方法则可以较为准确的预测出内部流场细节。     

逆流喷雾式饱和器内两相速度场的实验研究

应用三维粒子动态分析仪(PDA)和二维粒子速度分析仪(PIV)对逆流喷雾式饱和器内湿化过程的气液两相流流场进行了实验测量。通过稳态和瞬态速度场的测量结果,获得了饱和器内各点上水滴的三维平均速度、平均粒径和平均体积流量,以及饱和器中心线上的测量区域内水滴的瞬态速度分布和流线,给出了逆流喷雾式饱和器内液相水滴的三维平均速度、平均粒径和平均体积流量的分布规律,揭示了其内部流动的高紊流特性。图4表1参7     

基于大涡模拟的发动机缸内湍流流动及拟序结构

应用大涡模拟方法对发动机缸内湍流流场进行了三维瞬态数值分析.主要从湍流脉动、湍动能和缸内拟序结构演变等方面考察了发动机缸内流场特性.计算结果表明:相比雷诺平均模型,大涡模拟方法可以更真实地反映发动机循环过程中缸内气体流动的细节和规律.利用大涡模拟结合Q准则判别法可以较好地识别缸内大尺度湍流拟序结构;拟序结构对于缸内大尺度动能的产生及湍流的维持具有关键的作用.RANS类模型则不具备充分捕获大尺度拟序结构的能力.湍流脉动与活塞平均运行速度接近于成正比.     

基于场协同原理的容腔内气流场温度均匀化方法数值研究

为研究场协同原理对气流场温度均匀化的适用性,设计了一个温差可控并能形成具有梯度的气流速度场与温度场的加热器,然后在加热器整流区内布置3种特殊的整流网,利用Fluent进行三维数值模拟。结果表明,场协同原理对于提高气流场温度的均匀性是有效的,并依此原理提出了气流场温度均匀化的最佳方法。     

齿墩式内消能工的压力及流速特性研究

为进一步了解齿墩式内消能工的特性,通过物理模型试验,分析了在齿墩数相同、面积收缩比不同的情况下齿墩式内消能工的过流能力、时均压强、脉动压强及脉动流速。结果表明,管道的过流能力主要由齿墩式内消能工的体型及尺寸决定;时均压强在齿墩进口处急剧下降,在距齿墩段进口0.2 D(D为试验管内径)处达到最小值,之后逐渐上升,到距齿墩段进口2.5 D处恢复平稳,且在试验范围内,面积收缩比越小,时均压强降幅越大,消能效果越好;脉动压强在齿墩段后出现最大值,面积收缩比ξ=0.375时脉动压强最大,其概率密度分布接近正态分布;脉动流速最大值出现在齿墩段出口处,管中心的脉动流速小于管壁处的脉动流速。     

基于PLIF技术的天然气喷射流场摩尔浓度特性

利用平面激光诱导荧光技术(PLIF),对天然气喷射射流摩尔浓度场展开研究,分析了气源压力与气流温度对流场摩尔浓度特性的影响,之后对激波现象在摩尔浓度场上的特性进行分析.结果表明:射流初期阶段持续0.8 ms左右,射流主体阶段的摩尔浓度分为核心区、摩尔浓度速降区与低摩尔浓度扩散区,其中核心长度先波动后趋于稳定,气温为22℃时升高喷气压力会使其稳定均值由10.52 mm降至6.55 mm,而加温会使其发生持续波动.平均摩尔浓度先降低后趋于稳定,气温为22℃时升高喷气压力会提升平均摩尔浓度的初始值与下降率,其最终的稳定值由0.009 mol/L升至0.026 mol/L;而升高气流温度作用与之相反,气压为0.7 MPa时摩尔浓度稳定值由0.021 mol/L降至0.006 mol/L.头部摩尔浓度规律与平均摩尔浓度类似.激波结构数量与总长均是先升高后趋于稳定,其稳定值与喷气压力正相关,升高气流温度会使其数值持续波动;表现在摩尔浓度场上的马赫盘高度与其理论值基本吻合.