双球颗粒对平板边界层流场结构的影响

为掌握边界层粒子周围的流动结构,利用粒子图层测速(PIV)技术在雷诺数为500~2000范围内,对3种不同直径、6种不同间距下的粒子周围的流场特性进行了测量.对流场特性分析的结果表明,随着流体速度和粒子直径的增加,粒子后端的漩涡区域逐渐被增强,会形成单个漩涡、镜像对称漩涡、一大一小旋向相反漩涡3种模式.在观测的试验粒子中,10 mm粒子后端的漩涡区域最为显著;当粒子间距增大到一定阈值后,粒子后端的漩涡区域便不再随着间距的增大而被增强.研究结果为进一步揭开边界层粒子周围的流动结构提供了试验依据.

水流场PIV测试系统示踪粒子特性研究

粒子图像测速技术（PIV）是一种新的流场测量技术，通过对流场中的示踪粒子进行多次曝光成像，获得具有相关性的示踪粒子图像，利用软件对粒子图像进行处理后可得到被测流场的信息。水流场PIN测量利用合适的示踪粒子运动来表征流场状况，示踪粒子的特性对PIV最终测量结果影响很大。讨论了密度、直径、表面反射率等示踪粒子特性对系统实验测量的影响，并特别针对水流场斜入射离轴PIV测试，选择合适的特性参数设计研制了一种简单实用的水流场示踪粒子。通过在直径为100—200μm的聚苯乙烯微球上利用化学方法进行表面镀银，使示踪粒子具有高的光散射特性，实验结果表明这种微粒非常适合于水流场示踪。

基于涡系相交不稳定性的飞机尾流控制方法

在飞机飞行的过程中尾涡会伴随着升力产生,威胁后机的飞行安全.在简化机翼模型上添加扰流片,通过一个矩形翼以引入一个与主翼尾涡大小不同、方向相反的小涡,构建尾流自消散四涡系统,以期诱发尾涡的Rayleigh-Ludwig相交不稳定性.通过改变扰流片的大小形状,调整模型的攻角和拖曳速度,采用粒子图像速度场仪测量系统定量研究在低雷诺数下单主翼尾涡发展特性以及双涡相互作用特性.研究表明：在未添加扰流片时,尾涡环量在45个翼展内相对于初始环量基本保持不变;在添加扰流片的情况下尾涡的环量衰减可以达到35%~55%,而未添加的基本翼型的尾涡的环量则几乎保持不变,这说明添加适当的扰流片能诱发尾涡的Rayleigh-Ludwig相交不稳定性,加速尾涡的消散,当小涡和主涡的初始环量比为-0.489、初始距离比为0.5时,45个翼展范围内,尾涡环量衰减55.9%.本文系统性的实验结果可以为低尾流机翼的设计提供参考依据.

PIV系统水洞流场测量准确度与误差分析

为了改进粒子图像测速技术,分析限制PIV系统测量准确度的因素.利用PIV系统分析比较了水洞中无模型和圆球模型两种环境下的流场.6m/s水速下,无模型流场测量PIV系统测量准确度优于1.3%.通过比较标准球模型流场理论值和测量结果,表明,所测量区域内大部分区域的测量准确度均优于2%,在球模型边界与靠近连接杆位置,误差达到6%～8%左右.对造成PIV测量误差的原因进行了探讨,为系统改进提供了参考.

飞机尾流控制的SPIV实验研究

利用简化的飞机模型,通过改变尾翼的迎角及展弦比,试图建立一种能加速自我消亡的尾流涡系统。该实验在拖曳水槽中进行,运用SPIV(体视粒子图像测速技术)系统进行测量,获得了一系列空间切面的2D/3C(二维/三分量)数据,给出了三种不同尾翼情况(两种有尾翼情况及一种无尾翼情况)下的SPIV观测结果,并将这几种情况作了对比。

扑翼尾流脱落涡特性的PIV实验研究

通过色流实验和粒子成像测速技术(particle image velocimetry,PIV)对扑翼近场尾流脱落涡的结构轨迹和能量进行了定性及定量研究.结果表明:因展向流动充分性的不同,存在两种牛角型涡系结构;上下扑时翅翼交替产生顺时针和逆时针脱落涡,两涡运动轨迹呈近似弧形对称,对称轴的仰角略大于攻角;脱落涡的涡心涡量在上下扑极点达到最大值,环量最大值出现在到达极点前的1/5~2/5周期之间;产生脱落涡的半周期内,涡的平均环量都随减缩频率的增大而增大,减缩频率较低时,下扑平均环量大于上扑平均环量,减缩频率较高时则相反;振幅对涡能量影响明显,减缩频率为2~2.5时,振幅±40°时的涡平均环量约是振幅±30°时的两倍,减缩频率越大振幅影响越明显.

4m×3m风洞风工程试验段研制

介绍了气动中心低速所４ｍ×３ｍ风洞增设风工程试验段的方案选择、结构设计。这个试验段长１４．５ｍ、宽４ｍ、高２．２ｍ，不改动原风洞结构、装拆方便，可较好地模拟大气边界层、并已成功地应用于风工程试验。

平板上挡板前后涡核位置的测量

在水洞中用氢气泡法对平板上挡板前后的涡核位置进行了测量。本试验旨在确定挡板高度及其雷诺数对涡核位置的影响。结果表明，（ａ）对于单个挡板情况，涡核离开平板的高度和涡核与挡板的距离将随着挡板的高度增加而增加，但涡核的高度和距离与挡板高度的比例随挡板高度的增加而降低；（ｂ）对于两个挡板情况，挡板的高度和挡板之间的距离对涡核位置的影响是主要的。

小型水洞拐角导流片的数值设计

拐角是回流式水洞的重要组成部分，对实验段流场的品质有着重要的影响。本文针对某小型高速水洞中的第四拐角，利用RNGk-ε湍流模型，对比模拟了导流片对拐角流场的影响。针对一种等厚圆弧形导流片的长度、布置等进行了对比计算。结果表明导流片的安装对提高流场均匀性、降低湍动能和减弱二次流等具有非常大的意义，其中半径／边长比为0．2、间距／弦长为0．15～0．25的导流片效果最为明显；文中两种非等间距的导流片分布方式以及-4°和＋4°攻角的情形对流场影响较小。

水洞实验图像的一种测量与处理方法

在水洞实验中,由于光线在空气、水和观察窗面板中发生折射,准确实验图像的获取一直是一个难题。本文在大量水洞实验图象测量经验积累的基础上,以水洞模型超空化实验中的超空泡外形测量为例,提出了一种基于计算机图形学的水洞实验图像测量与处理的三步法。该方法不仅可对水洞实验中所拍摄的图像进行修正,消除因不同介质引起的折射误差,而且把图像数据化,可利用计算机对图形自动进行定量处理。经多次应用表明,图像测量与处理的三步法应用方便,具有较高的精度,取得了很好的应用效果。

水洞流场PIV显示与分析系统离轴测试校正

粒子图像测速技术(PIV)通过测量被测流场截面上每一位置点的速度,获得整个被测流场的信息.在PIV一般应用中所使用的照明激光片光与成像CCD装置的拍摄方向是垂直的,在某些应用场合受测试条件的限制,需要采用离轴方式进行测量,此时CCD成像方向与照明的激光片光不垂直,而是有一定夹角.离轴测试方式将对PIV系统的光学成像系统、示踪粒子选择和粒子图像处理带来影响.实验采用Scheimpflug离轴聚焦的方法对表面镀银高反射率的示踪粒子进行成像,通过调整成像透镜与CCD像面的夹角可获得清晰的粒子成像,并利用网格校正板和软件计算处理等方法有效校正了由于离轴测试带来的影响.

国外水洞试验设备建设研究综述

水洞是水流体动力学研究的主要试验设备,也是空气动力学基础研究的辅助设备。在概述水和空气物理特性差异的基础上,归纳了不同用途水洞的主要形式、特点;介绍了3种有代表性的水流体试验设备,为国内水流体试验设备和空气动力基础研究设备发展提供参考。

拉格朗日剖面法在拖曳水槽涡系演化中的应用

传统研究方法对于拖曳水槽中的旋涡涡系演化实验,通常水槽的横流面使用激光片光,并对CCD相机拍摄的时间序列下的旋涡运动图像进行分析,但此类研究方法只局限于研究涡系的平面运动.为能从三维空间对于复杂旋涡的演化过程形成进一步的认识,文中提出了一种提取、重构三维复杂涡系的新方法:拉格朗日剖面法,即在基于流场描述的拉格朗日方法下,利用拍摄到的旋涡运动照片,结合伽利略变换和Matlab软件的图像处理技术,编写代码,确定颜色阈值,将流显图片转化为相应数字图像,并提取拖车运动速度与相机拍摄间隔时间重构涡系在时间维度上的相对位置,将二维平面图像转换到三维尺度中,刻画出旋涡的空间演变形态.本方法对直观认识复杂三维涡系演化现象,分析涡系干扰、演变机理具有一定价值,与常规研究尾涡空间演变的方法相比,具有性价比高的特点.

同轴旋转圆台环隙流动机制及实验研究

同轴旋转圆台环隙内流体的流动是基于经典的两同轴旋转圆柱环隙内泰勒库特流的一种扩展研究。通过流动显示实验和PIV粒子图像测速技术对圆台环隙的内部流场进行可视化和定量化的研究,分析涡运动的周期性规律,探究圆台环隙内雷诺应力分布和水位高度对流场的影响。研究表明,随着时间的发展,涡列周期性明显且整体在下移,当脉冲数为100脉冲/s时,环隙内形成均匀分布的正反交替的涡;当脉冲数为200~500脉冲/s时,存在快慢交替的分裂周期;在3种水位高度下也都存在明显周期性分裂,只是周期时间和涡的个数不同;平均流场存在上凸型外向流和下凹型内向流2种流态,流态的差异是离心力与静压力双重作用的强弱变化所致;雷诺应力分布中,径向正应力占主导,并主要集中在环隙中部。

仿生水下探测器试验研究

水下探测器广泛运用于海洋工程装备中,是船舶、潜艇等感知水下环境的主要设备。目前常用的传感器有着探测距离短、消耗功率高、信噪比不足等缺陷,应用受到较大限制。长期以来,仿生学研究为海洋工程装备的设计提供了大量的创新灵感。研究发现,海洋生物中的海豹在水下的捕食和避险等行为依赖于其胡须的特殊结构对水下环境进行感知。本文通过对海豹胡须结构的研究,仿制了海豹胡须型水下探测器,通过水槽试验验证了其水中目标探测能力。在试验中,针对角度、来流速度和探测目标位置等不同工况进行了研究,通过探测器收集到的信号的频谱分析,掌握了海豹胡须型探测器的工作规律。

双三角翼非定常俯仰运动实验与数值模拟

文章针对双三角翼大振幅正弦俯仰运动过程中的非定常载荷和流动特性开展了实验与数值模拟研究,并与相同主翼后掠角的单三角翼进行了对比.实验研究在低速回流式水槽中开展,所采用的实验模型为边条后掠角为75°,主翼后掠角为50°的双三角翼全模,俯仰运动的旋转轴位于主翼弦长的2/3处,振幅为0~60°,运动的缩减频率k=0.03,0.06,0.12,0.24,0.48.实验Reynolds数以主翼弦长为参考Re=1.69×10^4.在水槽的测力实验中,发现非定常流动力的迟滞现象,并且随着非定常运动缩减频率的增大,流动的迟滞效应也随之增大.与相同主翼后掠角的单三角翼相比,双三角翼的迟滞环在低缩减频率下更小,但随着缩减频率的增大,这种差距逐渐减小.在数值模拟研究中,采用DDES湍流模型对俯仰双三角翼的流场进行了数值模拟.流场结果表明,在较低的缩减频率下,主翼吸力面的前缘涡是影响气动力的主要因素,非定常流动力的迟滞效应主要与前缘涡在上仰过程中的延迟破裂和下俯过程中的延迟恢复有关;在较高的缩减频率下,机翼前缘涡对气动力的影响减小,由机翼俯仰角速度而产生的环量力成为了气动力的主导因素,因此在较高缩减频率下,单三角翼与双三角翼的升力特性趋于一致.

激光波高测量中示踪粒子性能分析

激光测量流体波动的波面高度,其基本原理是将激光投射到流体表面,通过计算投射距离,反演出波面高度。由于投射目标是气液的界面,,因此需要在接收激光投射的目标流体表面加用反射物质,以正确显示波面位置。通常采用反射示踪粒子撒播在被测流体表面,这是波高测量系统中的重要组成部分。本文通过对比不同示踪粒子反射性能的实验结果,分析所测示踪粒子的效果,对不同示踪粒子的特点、存在问题给出鉴定与讨论,并归纳出良好的波面反射示踪粒子应具备的特性。特别指出在气液交界面不宜使用气泡为示踪粒子及其原因。

收缩段出口型式对水槽流场品质的影响

研究了收缩段出口顶壁型式对表面波的影响，得到了最佳的出口设计，并分析了满流和明流情况下，流场速度、湍流度等沿程的发展变化．

明渠水流湍流结构的试验研究

本文采用二维激光流速仪(2D-LDA)在玻璃水槽中实测了光滑和加糙壁面上清水的湍流结构和时均结构。通过试验观测并结合其它学者的资料,研究了水流时均流速分布。发现加糙壁面的流速分布在半对数坐标中为一连续曲线,通过调整理论床面将坐标起点下移后可转变为直线,与对数分布吻合。文中对雷诺切力分布进行了分析并给出了最大雷诺切力及其出现位置的计算公式。实测切力分布与理论公式计算值基本一致,实测表明:边壁加糙对雷诺切力分布影响不大,光滑边壁与加糙边壁切力分布基本相同。文中还讨论了壁面加糙对纵向和垂向脉动强度分布的影响,认为主流区纵、垂向脉动强度均可近似地视为线性分布。

激光空化气泡溃灭对SAP弹性小球的作用

空化气泡溃灭时对附近弹性小球的作用研究具有重要的学术价值和实际意义。采用实验方法研究了超吸水聚合物(SAP)弹性小球附近激光空化气泡的膨胀和溃灭过程,利用扩束-聚焦后的激光在去离子水中产生单个空化气泡,通过精密位移平台精确控制空化气泡发生位置,采用高速相机获取气泡膨胀和溃灭以及弹性小球的动态变形过程,进而基于弹性小球的变形,采用数值方法获得作用在弹性小球上的挤压作用力。研究发现,弹性小球附近空化气泡存在多次膨胀和溃灭现象,其中一次膨胀和溃灭持续时间最长,对弹性小球的挤压和拉扯作用最明显。在气泡膨胀阶段,弹性小球受到膨胀气泡的面挤压所用;在气泡溃灭阶段,弹性小球受到溃灭气泡的点拉扯作用。相关研究结果对于探究超声靶向微泡破坏技术中细胞膜的通透性增加机理等现象有较好的参考作用。