粒子图像测速技术在两相流测量中的应用研究

为实现对两相流中各相速度的同步测量，提出了一种两相流数字粒子图像测速(PIV)方法.该方法选用合适的示踪粒子显示液体的运动，并用高速摄像机采集气液两相流动数字图像.从图像处理着手，根据图像灰度的不连续性和相似性，对采集到的两相流数字粒子图像进行分离，实现液体示踪粒子和气泡的标定.最后采用基于改进了的互相关算法得到液体流场速度分布，同时利用跟踪法得到气泡的速度分布，并对液体速度场中产生误矢量的原因进行了分析，消除了误矢量.经实例研究表明，该测量方法对硬件的依赖性小，测量成本低，可进一步推广至气固两相流的测量.     

水泵吸水池的改进和PIV试验验证

水泵吸水池设计的合理与否，会直接影响到泵站的运行效率和安全，在新型水泵吸水池设计中采用了三种结构:封闭式池身结构、双进口流道结构和倒角过渡结构。应用PIV（粒子成像测速）技术对这种吸水池模型的内部流动进行全场量测，试验结果表明这种吸水池结构能够很好的避免和减少各种涡的发生，优化了吸水池内部的流动状态，从而提高了泵站的效率和性能。     

高温低氧条件下平焰燃烧NOx生成特性的研究

针对强旋流平焰燃烧采用高温低氧燃烧条件,应用粒子成像测速技术(PIV)对烧嘴下方的主要燃烧区速度场进行了测量,同时对炉内温度场,排烟口NOx进行测量。经过实验研究,在高温低氧燃烧条件下,燃烧稳定,燃气燃烧完全,燃烧区温度分布均匀,NOx生成量下降到30×10-6。通过蓄热室,空气由20℃预热到200℃,烟气温度由800℃降低到80℃,达到了节能环保的效果。     

明槽交汇区污染物浓度场分布规律研究

明槽交汇水流存在于很多水力系统中，交汇区水流结构十分复杂，对干、支流交汇浓度场的研究具有重要意义。本文采用能突破空间单点流速测量局限的PIV技术，观测在不同交汇角及污染物浓度等条件下非对称型交汇明槽的污染物扩散情况，分析污染物浓度场的分布规律。试验结果表明，支槽来水刚汇入主槽水体时，交汇区的表层污染物的扩散较其他水平面更为均匀，但随着两种水体不断混合，其他水平面的污染物比表层污染物混合得更加均匀。交汇角越小，使得支流中污染物进入主流后在交汇口下游支流侧形成较长的污染带；相反交汇角越大，形成的污染带在横向偏移上越突出；污染物浓度越大也会使得污染带变长。污染物浓度的变化对混合层的位置及宽度影响较大。PIV技术能良好地观测交汇区污染物扩散规律，可应用于明槽交汇区的浓度场试验研究。     

采用乳化空气泡做示踪粒子的PIV测速技术

本文介绍一种适用于水洞力学实验的采用乳化空气泡作为示踪粒子的ＰＩＶ测速技术。选用乳化空气泡做ＰＩＶ测速示踪粒子，取代了通常采用的固体颗粒，由两台ＹＡＧ大功率脉冲式激光光源组合系统做为ＰＩＶ底片记录的双脉冲曝光光源。乳化空气泡的最大优点是对实验水洞或水槽无污染，且产生方便、经济，又可以形成高质量的杨氏条纹图像。这一技术能够使得ＰＩＶ测速技术在水洞力学应用测量中真正达到实用。     

后掠式轴流泵内部流场的二维PIV试验研究

以一后掠角为60°的后掠式轴流泵为研究对象,采用PIV技术对其内部流场进行测量,得到了0.8Qopt,1.0Qopt,1.2Qopt3个工况下叶轮在一个流道周期的12个拍摄截面上的速度场。发现在0.8Qopt工况下,经过后掠叶片的流体具有明显的径向流动趋势,流量越小径向流动趋势越明显。叶轮内流体在后掠叶片进口边和转轮端壁区容易出现低速区域,并且流量越小低速区域越大;在靠近轮缘附近,叶片进口边压力面上的流体会向吸力面流动,流量越小该现象越明显。研究结果对掌握不同型式叶片的轴流泵内部流动特性具有重要的理论指导作用。     

Experimental investigation of tornado-like vortex dynamics with swirl ratio: The mean and turbulent flow fields

An experimental simulation of tornado-like vortices is conducted in a small tornado vortex simulator in order to study the effect of swirl ratio on flow characteristics. Particle Image Velocimetry (PIV) method is employed to quantitatively determine the tornado-vortex velocity field for swirl ratios ranging from 0.08 to 1. The radial and tangential components of velocity as well as the core radius of the tornado increase with increase in swirl ratio. The location of the maximum radial and tangential velocities is adjacent to the ground where the tornado vortex interacts with the surface. The values of normal and shear turbulent stresses indicate the existence of a laminar core for small swirl. As expected the shear stresses increase with swirl ratio as the vortex becomes turbulent. The highest turbulent production corresponds to the critical case of vortex touchdown.     

湍流模型对钝体燃烧器流场模拟的影响

湍流燃烧过程涉及燃烧反应和湍流在微小时间和空间尺度上的耦合,因此湍流模型的有效性对燃烧器流场CFD模拟的准确性有重要影响。采用5种k-ε类和k-ω类两方程模型和雷诺应力模型模拟了钝体燃烧器内冷流流场,并采用PIV测量方法进行了实验验证。比较和分析数值模拟和PIV实验结果发现,不同湍流模型的模拟结果在诸如速度分布和涡结构上存在较大差别,标准k-ε模型和RNGk-ε的模拟流场最接近本文的实验结果。     

Control of Snow Falling Flow around NACA0015 Blade using a Plasma Electrode with Weather Resistant Design

The plasma actuation (PA) effect on the snow falling flow was investigated using a plasma electrode with weather resistant design and the natural snow wind facility of the Hokkaido University of Science. NACA0015 test blade with chord length c of 300 mm was used. Wind tunnel tests were carried out under the angle of the attack of the blade was fixed at 15 degrees, and the main flow velocity is U=5 m/s. PIV (Particle image velocimetry) measurements were conducted on various PA conditions using natural dry snowflakes as a tracer. When the actuator was driven under the condition of the fundamental frequency of F=50 kHz, and the pulsed modulated frequency f of fc/U=1 and Duty ratio (Ratio of plasma ON time to pulse duration time) =1%, movement of snowflakes was controlled the most effectively tested. It was clarified that the fundamental frequency of PA also affects the control of snow flow. Under snowfall conditions, the weather resistant designed plasma electrode has suffered no damage and operated successfully.     

实验用离心泵叶轮内流场的PIV测量

离心泵叶轮内流场的流动规律直接影响泵的扬程、效率等外特性指标,利用PIV测试技术可以在不干扰流场的情况下,进行高精度的测量。在实验中,使用PIV测量技术测量了离心泵内部流场,得到了离心泵内的速度分布,初步掌握了离心泵在不同工作条件下内部的流动特性。