高分子-自抛光漆复合涂层减阻特性实验研究

基于减阻涂层易工程应用的优势和高聚物优异的湍流减阻性能,研发复合高聚物减阻涂层,在船舶及水下航行器领域应用前景将非常广阔,而目前这方面的研究仍相对缺乏.为此,本文基于PAM和PEO减阻剂制备国产自抛光漆复合涂层,通过水下平板阻力测试实验系统研究了涂层种类、主流流速、PAM/PEO浓度对减阻的影响规律,并对复合涂层表面粗糙度进行分析.结果表明:高分子-自抛光漆复合涂层具有减阻效果,采用单面减阻涂层最大实现9.4%的减阻;流速在0.5~1.8 m/s变化时不会显著改变减阻率,减阻率变化不超过3.5%;随着涂层中高聚物浓度的增大,自抛光漆-PAM涂层减阻率先增大后减小,自抛光漆-PEO涂层减阻率先保持平稳后迅速下降;当涂层中高聚物浓度超过某一临界值时都出现了减阻率下降甚至增阻现象,其原因为涂层表面粗糙度增大及溶液黏度变化.本工作可为高聚物减阻涂层的工程化应用提供参考.

利用OH-PLIF技术显示超声速燃烧的火焰结构

针对在来流马赫数为1.72的空气来流中横向喷注氢气发生超声速燃烧的流场,利用平面激光诱导氢氧基荧光(OH-PLIF)技术,对超燃燃烧室中三个不同的流向截面进行了二维成像测量。选择波长为283.553nm的染料激光倍频光作为激发光,可近似认为获得的OH基荧光信号强度与OH基的摩尔分数成正比。瞬态的OH基PLIF图像揭示了超声速燃烧火焰结构具有高度湍流特性,在凹腔内部存在稳定的燃烧区,为整个燃烧反应提供值班火焰,起到了促进和稳定超声速燃烧的作用。超燃火焰在沿流向传播的同时还沿径向传播,凹腔展向尺度增大时火焰沿流向的火焰区会有所减小。

离心叶轮内三维湍流流场的LDV测量

应用激光多普勒测速仪和旋转编码器实现了对后弯闭式离心叶轮内三维湍流流场的测量。较详细地描述了设计工况下回转流面上主流速度的分布特点 ;绘出了径向流面上速度矢量分布图 ,结果表明在旋转流场中 ,流体粘性对气流方向具有不可忽视的作用 ;实验测量还得到了在曲率和旋转因素的综合作用下 ,流道中部和出口处产生的由强到弱的二次流涡 。

高雷诺数时串列双圆柱平均压力的实验研究

通过风洞实验给出了二维串列双圆柱在高雷诺数时（分别为Re＝2．10×105和Re＝4．52×105）的平均压力分布。实验在低湍流度的均匀流中进行，模型表面光滑。实验结果发现；在亚临界雷诺数时串列双圆柱临界间距时有一些新的现象；在超临界雷诺数时串列双圆柱的平均压力分布显示出与亚临界雷诺数时截然不同的特性。就总体而言，超临界雷诺数时前后住间的相互干扰要比亚临界时小得多。

湍流信号的三项分解

利用数字滤波方法和子波（ｗａｖｅｌｅｔ）分析方法对用热线测得的湍流信号进行了三项分解．将湍流信号分解为近似各向同性的小尺度涡和各向异性的大尺度涡之后，再将大尺度涡分解为相干结构部分以及非相干结构部分．与目前检测相干结构常用的条件采样方法相比较后发现，本文的分解方法是可靠的．利用此方法不仅能确定相干结构的时间尺度，而且可以得到非条件平均的相干结构波形．

欠膨胀自由射流密度场的丙酮平面激光诱导荧光显示与测量

介绍了利用丙酮平面激光诱导荧光(PLIF)技术测量自由射流密度场的原理,并对两种射流总压下含有丙酮蒸气示踪剂的欠膨胀自由射流的密度场结构进行了显示。所得图像直观地显示了射流的桶状激波和马赫盘等特征信息,从中可以看出射流欠膨胀度主要影响马赫盘以前的流场,射流欠膨胀度越高,则射流直径越大,马赫盘越远离喷口,桶状激波越向外凸出。为检验丙酮PLIF技术测量密度场的精度,对实验流场进行了数值仿真。仿真所得到的密度场结构以及沿射流轴线的归一化密度变化曲线与实验得到的相应结果符合较好。

用PIV技术研究汽油机缸内流场的湍流积分尺度

对一台四气门单缸发动机进行了改装,以便于应用粒子图像速度仪(PIV)研究其在进气和压缩冲程缸内横截面内湍流积分尺度的演化过程。结果表明在整个过程中,缸内流场y方向的速度分量在x和y方向的两条空间平均积分尺度曲线一下一上,基本相互平行;x方向的速度分量在x和y方向的空间平均积分尺度的变化基本保持重合一致,随曲轴转角增大略有下降的趋势;在进气上止点后150°CA时y方向速度分量对x和y方向的空间平均积分尺度曲线同时跃升到峰值,此时整个流场积分尺度也达峰值,接近4.0mm;y方向速度分量成为影响整个流场积分尺度发展的主导因素。

矩形蜗壳内三维紊流场的热线测量

在３个不同流量工况，对矩形蜗壳内三维紊流流场进行了测量。结果表明，在矩形蜗壳进口突变截面两侧壁的角区存在有回流区。在回流区中紊动能和雷诺应力明显大于中间截面主流区中的值。随着试验流量的增加，回流区减小，紊动能和雷诺应力很快下降。在同一流量工况，随着半径增加，紊动能和雷诺应力减小。在蜗壳圆周方面的不同横截面上存在有大旋涡，气体在蜗壳中按螺旋管线运动。

应用PIV技术测量二维瞬时流场

本文应用PIV技术对循环水槽中两种工况下进行了二维瞬时流场测量。在双脉冲激光片光源照射的平面流场中,得到了清晰的粒子位移照片,采用杨氏条纹法精确地测量了整个二维瞬时流场。本文还采用粒子像模拟技术,用几种图像处理方法:傅里叶变换法、空间自相关法和位移距离概率统计法分别进行处理,得到了相同的结果。

LIF技术测量浓度场的影响因素分析

本文研究了作为示踪剂的荧光素钠的谱图，测定了荧光素钠在蒸馏水和普通自来水中的吸光系数，估算了荧光分子的平均寿命。最后，详细分析了浓度、激光功率、温度、ｐＨ值和截止滤光片对荧光强度的影响。

疏水性材料减阻特性实验研究

应用光滑的和粗糙的、亲水性的和疏水性的平板在水槽中进行了测力和边界层流场测量,以廓清壁面材质、粗糙度和雷诺数对壁面摩阻的影响。实验结果表明:材料的疏水性和壁面的适度粗糙的共同作用才能表现出明显的层流减阻效果。

簧片哨空化流场的Fluent软件数值模拟

使用基于有限体积法的计算流体动力学软件Fluent,采用标准k-ε模型和多相流空化模型,对簧片尺寸一定、不同喷口厚度和不同喷口与簧片间距的悬臂式簧片哨内的空化流场进行数值模拟,通过计算簧片哨内湍动能、压力和速度分布,研究了操作参数、簧片哨的结构对空化效果的影响.结果表明:悬臂式簧片哨的空化主要发生在簧片尖劈处,簧片哨的操作参数以及结构形式对空化效果有着明显的影响.

基于混合平面法的轴流式水轮机内三维湍流数值模拟

通过求解由k ε双方程湍流模型封闭的三维时均N S方程对轴流式水轮机内部四个典型工况的全三维紊流场进行了计算,并采用“混合平面”法处理转轮与导叶间动静耦合流动的参数传递和相互干扰问题,捕捉到了轴流式水轮机内部压力分布和速度分布等重要的流动信息,在此基础上计算了四个工况下转轮的水力效率。结果表明,该方法能够较为准确地预测出轴流式水轮机转轮与导叶间的总性能参数及内部流场结构,所得到的结果对进行轴流式水轮机的水力设计或改型优化设计等研究具有重要的指导意义。

带自由表面三维非恒定紊流场的全场数值模拟

本文基于Ｌａｇｒａｎｇｅ法与ＡＥＬ方法的思想推出了一种颇具实用价值的轨迹Ｅｕｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ（ＴＥＬ）型非恒定坐标变换系统，包括边界轨迹ＴＥＬ型非恒定变换与网格轨迹ＴＥＬ型非恒定变换；应用ＴＥＬ型非恒定坐标变换系统推出了带自由表面三维非恒定紊流场的全场数学模型，并通过以孤立波的爬坡计算与带自由表面强弯曲渠道紊流场计算作为实例验证了模型的可行性和有效性。

测量三维流场及温度场的双热线多方位转动法

针对三维非等温湍流流场,本文开发了一种双热线多方位转动测量的新方法,它可同步测量三维湍流参数、动态温度场以及它们的脉动相关量。这不仅在热线测量技术新方法的开发上、具有极广泛的应用前景,而且为湍流基础实验和研究工作(如探讨湍流脉动关联关系的基础研究)的开展,提供了新的手段。

较高Re数圆柱尾流的控制

引入一个窄条作为控制件,在Re=3．0×103-2．0×104范围内对圆柱尾流进行控制实验。窄条长度与柱体长度相同,厚度为柱体直径的0．015-0．025倍,宽度为柱体直径的0．18倍．窄条的两个长边与柱中心轴平行,而且三者共面．控制参数为窄条位置,可由间距(窄条到柱轴)比λ／(0．5D)和风向角β(窄条面与来流的夹角)确定．采用流动显示和热线测量方法,对控制和未控制尾流的流动状态,平均速度分布和脉动速度情况,以及作用于柱体和控制件的总阻力进行了研究和比较．研究结果证明,当窄条位于柱体尾流中一定区域内时,可有效抑制柱体两侧的旋涡脱落．有效控制后的尾流湍流度也相应减小．在不同Re数下,找出了有效抑制旋涡脱落的窄条位置区域,并用动量积分估计了作用于柱体和窄条上的总阻力与光圆柱阻力的比值及其随风向角的变化．对λ／(0．5D)=2．9情况,得到了减阻的风向角区域(β=0°-40°与180°附近)以及最大减阻率32％．以上事实表明,在近尾流局部区域施加小的干扰,可改变较高Re数圆柱尾流的整体性质．

旋流燃烧室内湍流流动的PIV实验研究

建立了微型燃气轮机旋流燃烧室实验台.采用二维粒子图像测速技术(PIV)测量了旋流燃烧室火焰筒内冷态速度场.旋流燃烧室主要由3个旋流器和1个侧壁开有测试视窗的圆筒段组成.在空气流量为0.114m3/s的工况下,得到了燃烧室火焰筒内气体时均切向速度分布及旋流燃烧室火焰筒中心截面和不同轴向横截面位置的速度矢量分布图.实验结果及其分析为旋流燃烧室的数值模拟计算和进一步的实验研究提供了基础.

山地附近风场结构的实验研究

描述了一个电厂附近的山地对该地区风环境影响的风洞实验研究。应用热线、烟线技术测量并显示了山地与沟谷附近的风场。对水平与垂直风速剖面、湍流度进行了分析,并讨论了其与地形特性的关联。实验结果揭示实验室模拟傍山地区特殊的风环境对建设高耸的冷却塔具有重要的指导意义。

用光纤准直耦合光路测量大气光学湍流

阐述了利用光纤准直器对组成的耦合光路的附加损耗产生的机理,证明大气湍流运动可引起该光路的附加损耗发生随机变化。根据湍流大气光传播原理,推导出了耦合光功率与光路参数和湍流参数关系式。分析表明:实际湍流大气造成的随机附加损耗主要取决于湍流强度。实验验证了利用该光路可在很短的空气间隙内获得湍流强度的变化信息。

纵向涡对近壁湍流影响的激光测试

用激光测试方法详细地研究了单涡、上洗双涡、下洗双涡对近壁湍流的影响．在涡的下洗区，流体流速高，湍流度低，流体流向壁面；在涡的上洗区，流体流速低，湍流度高。