压力振荡管内波系运动行为的可视化实验研究

气波制冷机具有制冷效率高、可带液工作等优点。为深入研究气波制冷机核心部件压力振荡管内部波系运动,设计了一套双开口压力振荡管可视化流场测量平台,利用视场拼接和纹影技术获得压力振荡管内密度梯度场的定量表达,并将实验结果与二维欧拉方程理论计算结果进行了交叉对比验证,误差为3.2%,证明基于纹影技术追踪管内复杂波系运动的方法不仅直观可视且准确可靠。基于上述方法,对不同压比和转速下的压力振荡管内波系开展了实验研究。实验结果表明,增大压比或转速均会提升激波马赫数。压比由1.5增大至3.0时,激波强度和膨胀波强度均显著增大,强化了对近管口区间气体的膨胀作用。转速由800 r/min提高至2400 r/min时,膨胀波波系运动路径逐渐向管口方向弯曲,降低了膨胀波在管口运动的速度,增加了膨胀波对近管口区间气体的作用时间。

2D阀先导级气穴特性的可视化实验

二维(2D)阀的阀芯具有周向转动和轴向移动的2个自由度,可实现先导控制和功率放大。其先导级阀口因节流会产生气穴,引起阀芯振动并伴有噪声,直接影响阀的稳定性。为研究2D阀先导级处气穴现象及其影响因素,开发了一套可视化实验装置,结合两相流仿真研究,验证了气穴现象与阀口开度、敏感腔体积、节流口形状、入口压力关系密切。结果表明:2D阀先导级高压节流口处的气体体积随阀口开度的增加而减少,直至消失;随入口压力增加,气体体积的变化近似呈线性增长趋势;随着敏感腔体积的增大而显著增加,平均增长速度达62%,且气体分布变得不规则;矩形节流口比弓形节流口处的气穴受入口压力等因素的影响较大,弓形节流口在入口压力增加时,气体体积增量仅为矩形的8%;同时发现,随着气体在感受通道内的扩散,气体边界从最初的类矩形变成多段不规则形状。

热对流可视化实验仪器的制作与演示

热对流是学生比较难理解的热传递方式,针对常见的热对流实验的不足,利用有机玻璃板、感温变色粉、指甲油、檀香等材料制作一套热对流可视化的实验仪器。采用转换法的思想,将热对流的循环过程转化为烟雾的流动,将热量传递转化为感温变色粉的颜色变化,从而实现热对流可视化。该实验装置具有现象明显、安全可靠、操作方便、价格低廉等优点。该仪器不仅可以演示热对流现象,也可以观察到热量的传递方向,让学生更好地理解热力学第二定律。

CO_(2)驱气体赋存特征微观可视化实验

CO_(2)微观赋存特征对现场利用CO_(2)驱油提高采收率具有重要意义,然而目前的实验手段无法直观揭示CO_(2)驱油过程中的赋存状态,相关研究成果较少。采用微观渗流模拟技术,通过刻蚀不同孔喉特征二维微观可视模型,开展了CO_(2)混相与非混相驱及气驱后水驱微观可视化驱替实验,明确了不同驱替方式、不同驱替阶段和不同孔喉特征下CO_(2)的赋存特征。结果表明,CO_(2)赋存特征受驱替方式、驱替阶段和孔喉特征的共同影响,CO_(2)驱阶段,CO_(2)赋存特征主要受驱替方式影响,其次是孔喉特征影响;气驱过程中CO_(2)主要以连续相形式存在,但混相驱时局部CO_(2)富集且处于超临界状态,部分溶解在残余油中,而非混相驱富集现象不明显;气驱后转水驱过程中,CO_(2)赋存特征受驱替方式和孔喉特征的共同影响,混相驱替时,低渗透模型中气体赋存形式呈分散的泡状,细小喉道中存在段塞,高渗透模型中以密集的段塞为主、分散的泡状为辅;非混相驱替时,低渗透模型细小喉道中存在段塞,高渗透模型以小段塞为主,集中分布于喉道中间。研究成果有助于研究CO_(2)微观驱油机理和CO_(2)赋存特征,对提高CO_(2)驱油效率和辅助CO_(2)埋存研究具有理论指导意义。

液压调节阀空化流场分布特性的可视化实验

为了研究调节阀内部的气液两相流变化规律,开发调节阀空化场可视化实验平台并研究其内部空化流分布特征。该调节阀入口压力为2.5~4.0 MPa,背压为1.0 MPa。通过空化场可视化实验表明:随入口压力增加,调节阀节流口处低压区域逐渐扩大,促进了空化区域的发展;调节阀空化特征具体表现为空化流中间段空泡数密度最大、环流道出口部分以及空化流尾流部分的空泡数密度相对较低,空穴气-液交界面尾部轮廓比较模糊,下游流道中偶尔会出现脱落的游离型空泡。该研究将数值仿真和可视化方法相结合应用于探究调节阀实际生产中的空化问题,为理论教学和工程实际应用提供了新思路。

VESTA软件的晶体学可视化实验教学设计与应用

晶体学是材料学、化学、物理学和生物学等学科的一门重要基础课程。为了帮助学生对晶体有直观而又全面的认知,设计了基于VESTA软件的晶体学可视化实验教学。以3种典型的晶体结构(面心立方紧密堆积钙钛矿型结构(CaTiO_(3))、六方紧密堆积金红石型结构(TiO_(2))和层状硅酸盐结构(Mg_(3)[Si_(4)O_(10)](OH)_(2)))为例,介绍了VESTA软件在晶体学中的巧妙应用。通过该软件的应用,有助于学生建立晶体结构与形貌、物化性质之间的联系,拓宽复杂晶体的认知领域,提高学习兴趣和效率。

旋流作用下的液膜初始破碎可视化实验研究

利用背光照明和高速相机,对强剪切气动雾化喷嘴出口雾化进行了可视化实验研究,探究旋流中的液膜初始破碎特性及一二级旋流对液膜初始破碎的影响。唯象描述了液膜破碎过程和模式,并分析图像获得表征液膜初始破碎特性的物理量:液膜破碎长度和径向拍振频率。实验结果表明:旋流作用下液膜破碎主要为液袋破碎和液丝破碎模式,这与平面液膜相似,且受工况的影响规律也相同,但旋流作用使得破碎过程和模式叠加,更为复杂。液膜破碎长度主要由一级旋流决定,二级旋向的影响可忽略。径向拍振频率认为是由Kelvin-Helmholtz(KH)和Rayleigh-Taylor(RT)不稳定机理共同主导,且受一二级旋流共同影响;此外,在大气流流量时,同旋更有利液膜失稳破碎,即径向拍振频率更大,而小流量时反旋更利于破碎。进一步由实验数据得到拟合经验公式,两者吻合良好,且发现径向拍振频率可能与旋流数之间存在关联。最终认为旋流作用下液膜更易失稳破碎,且一级旋流决定了液膜初始破碎的基本形态,二级旋流起强化剪切和辅助作用。

最优化方法可视化实验系统的设计与实现

随着科技的日益发达和计算机技术的广泛应用,最优化方法愈发显示出其重要作用,最优化方法的重要性被愈来愈多的人所认识。实践表明,最优化方法已成为现代管理科学的重要理论基础和不可缺少的方法,被人们广泛地应用到公共管理、经济管理、工程建设、国防等各个领域,发挥着越来越重要的作用。而对于当今社会的大学生而言,则更应当具备这方面的知识和能力。事实上,在众多科技与工程领域中,如果没有最优化算法,就不可能产生一流的研究成果。正因如此,《最优化方法》课程成为大学理工科学生非常重要的一门必修课程,也是国际工程教育认证要求的必修课程之一。

“可视化实验”在高中物理创新实验教学中的运用——利用硫酸铜溶液演示磁场对运动电荷的作用力

通过对传统的洛伦兹力演示仪器进行改进和创新,并利用生活中熟悉的材料和仪器自制创新教具进行洛伦兹力的可视化实验演示,让学生“看见”洛伦兹力,并真实感受到洛伦兹力的存在,更好地激发学生学习物理和探索科学知识的兴趣。

稠油氮气泡沫辅助蒸汽驱可视化实验研究

针对稠油蒸汽驱采收率偏低的问题,利用二维物理模拟设备开展N2泡沫辅助蒸汽驱可视化实验研究,得到了泡沫注入前后油层波及情况以及泡沫驱的微观图像,并对泡沫驱微观机理进行了分析。实验结果表明:由于油水黏度的差异,注采井间容易出现黏性指进现象,从而产生明显的汽窜通道,油层波及范围有限;泡沫驱过程中,泡沫占据多孔介质中的大孔道,使后续流体发生转向进入小孔道,从而扩大油层波及范围;泡沫驱结束后,油层最终波及范围可达到77.93%,比单纯蒸汽驱提高了31.75个百分点;同时,泡沫的乳化作用能够有效地剥离多孔介质中的残余油,从而增大微观驱油效率。

泡沫金属强化石蜡相变蓄热过程可视化实验

相变材料的低热导率是限制潜热蓄热广泛应用的重要原因。将相变材料石蜡真空条件下注入到泡沫金属铜内制备泡沫金属铜-石蜡复合相变材料,通过铜的高热导率及高孔隙材料的大面体比来强化相变换热过程。采用DSC示差扫描量热法对石蜡进行热物性测量获得准确的石蜡相变温度及相变潜热。以管壳式相变蓄热结构为对象,提取对称结构进行可视化设计,对比纯石蜡及泡沫金属铜-石蜡复合材料在相同运行条件下的相变过程,追踪二者熔化过程的相界面位置随时间的演化过程并布置热电偶准确测量材料内部的温度分布。结果显示加入泡沫金属后的复合材料的内部温差明显减小,温度分布均匀,蓄热热通量显著增大,有效缩短相变时间并缓解了自然对流造成的顶部过热和底部不熔化现象。

高速诱导轮离心泵内空化发展可视化实验与数值模拟

为了研究高速诱导轮离心泵内空化发生发展规律,采用高速摄像技术,对离心泵内诱导轮与叶轮流道的空化流动进行可视化研究,并结合CFD数值计算对离心泵内部流场进行模拟分析。结果表明:在空化初生阶段(汽蚀余量为5.0 m),诱导轮叶片前缘出现叶顶泄漏涡空化;在空化发展阶段(汽蚀余量为1.07~5.0 m),流动极为复杂,在诱导轮流道内同时出现叶顶泄漏涡空化、片状空化和云状空化,并且在较低汽蚀余量(汽蚀余量为1.5 m)时,出现不对称空化现象。在空化初生和发展阶段,泵的扬程和效率基本保持不变;在空化恶化阶段(汽蚀余量小于1.07 m),诱导轮流道内基本被空泡堵塞,空泡进入叶轮流道,导致离心泵扬程和效率急剧下降。

欠平衡钻水平井岩屑运移可视化实验

随着我国薄层低压油气藏的开发需求,充气欠平衡钻水平井技术成为国内外钻井界关注的热点,井眼净化不畅造成钻具摩阻扭矩的增大严重制约着水平井眼的延伸能力,气液固复杂多相流动,特别是认识固相运移规律是欠平衡条件下岩屑运移的核心内容。为此,在分析水平井与直井多相流条件下的岩屑受力与运移规律异同的基础上,根据气液固流动机理以及大平面沙丘颗粒运移理论,利用大型多相流实验台架开展了水平井段岩屑运移可视化实验,研究岩屑受力、运移形式及动态运移规律,获得了井眼净化注液量、注气量、液体流速、岩屑浓度等数据,进而对比找到了模拟携岩临界速度与实测携岩临界速度的误差,用实测速度修正了水平井井筒携岩临界速度预测数学模型,研究出了能够满足现场施工设计需要的钻进和循环工况的携岩速度模型和岩屑动态运移规律,对于优化钻井施工参数以及降低钻井安全风险均有重要意义。

脉动热管运行的可视化实验研究

本文对回路型脉动热管（Ｌｏｏｐｅｄ ＰＨＰ）的运行进行了可视化实验研究，观察了其稳定运行时，工质的运动特征和热管内的典型现象；研究了其传热性能与充液率，冷却方式，加热端与冷却端相对位置等各种因素的关系；在可视化实验结果的基础上，对脉动热管运行的一些基本问题进行了讨论和分析。

开孔泡沫铝内石蜡融化相变过程的可视化实验研究

采用光学显微与红外热成像技术对开孔泡沫铝内石蜡的融化相变过程进行了可视化实验,更加直观地考察泡沫铝强化石蜡传热性能,并重点分析泡沫金属微观孔隙结构下石蜡融化界面演化、融化液相流体流动及温度分布特征。研究结果表明:相变材料中填充泡沫金属可有效降低导热热阻、强化相变传热;与纯石蜡系统相比,石蜡/泡沫铝复合材料系统温度分布更加均匀,具有更好的热响应性能。与纯石蜡系统存在明显的融化前沿界面相比,石蜡/泡沫铝复合系统中融化区与非融化区交错分布,融化界面相对模糊。此外,实验还观测到泡沫铝内石蜡融化液相中存在大量片絮状悬浮物现象。

一种研究发动机燃烧过程的多功能可视化实验装置

介绍一种多功能可视化实验装置 ,本装置包括光学发动机、进气系统、光学系统、数据采集以及控制系统。利用本套装置可以实现对包括纯柴油、柴油 /天然气双燃料、醇类燃料以及进气添加惰性气体等多种情况的发动机喷雾、着火以及燃烧特性进行可视化研究 ,同时本装置还可实现对燃烧过程的燃烧压力进行实时记录 。

定位格架对流场影响的可视化实验研究

进行可视化实验,研究AFA-2G5×5定位格架对流场的影响。采用染色法研究定位格架顶端叶片 的交混作用,用白色玻璃球作为示踪剂研究棒束内的三维流场分布,二维激光多普勒测速仪(LDV)测量定位 格架上下游的横向和轴向速度分布。实验还得到了定位格架的压降特性和光棒的摩擦阻力特性。

水平管内多孔板后的气液两相流型可视化实验

多孔板后是否形成均匀分散的泡状流流型是影响多孔板废气吸收装置吸收效果的关键因素。以空气和水作为两相介质,对气液两相混合物在水平管内流经多孔板后形成的流型进行实验。通过孔径分别为2、3、4、5 mm的4只多孔板在内径98.5 mm水平有机玻璃管内的可视化流动及高速摄像,研究了孔径大小、气相流量变化及液相流量变化对多孔板后流型的影响规律。实验结果表明:水平管内插入多孔板后,分层/塞状流转变边界向液相流量增大方向推移,塞状/泡状流转变边界向液相流量减小方向推移;随气相流量减小或液相流量增大,多孔板后流型趋于形成泡状流;孔径大小对多孔板后流型具有重要影响,减小孔径使塞状/泡状流转变边界移向更大气相流量和更小液相流量,即形成泡状流的两相流量范围增大;随孔径减小,孔板后流型趋于由分层流直接过渡至泡状流,塞状流趋于消失。为保证多孔板吸收装置的良好流型和吸收效果,建议多孔板孔径不大于3 mm。

燃煤锅炉炉膛断面温度场可视化实验研究

在一台 3 0 0 MW燃煤锅炉上进行了炉膛断面温度场可视化实验研究。采用炉膛燃烧数值模拟程序计算沿炉膛高度平均颗粒容积份额的变化 ,计算出温度场重建所需的辐射参数。由火焰图像重建的炉膛温度场结果表明 ,燃烧器区域之上某一个断面的温度场呈现典型的单峰分布特征 ,且其偏斜情况与电厂运行经验基本一致 ;2 5 0 MW负荷水平下的最高温度比 2 0 0 MW负荷水平下的最高温度高约 80 K;断面温度场可视化结果刷新一次的时间不超过 5 s,满足在线监测的要求。

水平均质表面上液滴聚合过程的可视化实验研究

对水平均匀表面上液滴的聚合过程及特性进行了可视化实验研究,获得了液滴半径和液滴物性等参数对液滴聚合过程中液滴液桥半径和接触角变化特性的影响规律。实验结果表明:液滴聚合中液桥半径和接触角都呈衰减振荡变化; 聚合前液滴半径越小,液桥半径振荡频率越大,振幅越小,振荡时间越短;液滴的粘度越大,液桥半径的振荡频率越小, 振幅越小,振荡时间越短;液滴聚合前的接触角明显大于聚合液滴静止后的接触角,其差值与固体界面状况和气、固、液物性相关。