基于透明土和粒子示踪技术的渗流侵蚀试验研究

渗流侵蚀是造成水利工程失稳破坏的主要原因之一。在渗流侵蚀过程中,土体细颗粒逐渐流失,土体渗透性增强,从而进一步影响到颗粒的流失,最终甚至导致失稳破坏。渗流侵蚀是典型的流固耦合问题,为了从细观层面探究渗流侵蚀过程中流体运动与颗粒流失的相互作用,结合透明土技术,自行研制了一套基于双光源PIV/PTV的渗流侵蚀试验系统。试验采用熔融石英砂和溴化钙溶液作为透明土材料及孔隙溶液,并对渗流侵蚀过程中孔隙溶液及土中细颗粒运动进行观测记录。对不同截面流速与试样宏观流速进行对比,发现水力梯度较小时截面实测流速较大于试样宏观流速,随着水力梯度的增加试样宏观流速逐渐大于截面实测流速,且越靠近试样中心,试样宏观流速和截面流速差距越小;同时试样中细颗粒逐渐由稳定状态过渡为垂直于进出水口所在平面方向运动,并逐渐流失。与无黏性土临界水力梯度公式计算结果进行了对比,发现通过试验获得的临界水力梯度略低于理论计算结果,但其所反映的渗流侵蚀规律与传统试验结果基本相符,表明了该试验系统在渗流侵蚀细观模拟中具有较高的可靠度,对从细观层面研究渗流侵蚀具有重要的参考意义。

鼓泡塔内气液两相湍流实验研究

介绍了研究鼓泡塔气液两相流的实验装置、实验方法。液相用激光多普勒测速技术 (LDV)测量 ,气相用粒子示踪测速技术 (PIV)测量。实验表明 ,轴向液相速度的径向分布呈塔中心峰值、壁面附近倒流形式 ,且与气相表观速度大小有关 ,当液相表观速度一定时 ,随气相表观速度增大而愈加陡峭 ,返混也剧烈。当表观液速与表观气速之比小于 19.6时 ,返混区总是存在 ,且返混区大小与高度有关。当表观液速与表观气速之比大于 19.6时 ,返混消失 ,含气率分布由塔中心峰值转向壁面峰值。径向液相速度既与气相表观速度有关又与位置高度有关 ,在塔底部呈现负值 ,这意味着向塔轴心方向流动。随着塔高增加 ,流动方向逐渐转变为向塔壁方向 。

浓度梯度引起的固相速度测量误差

用粒子示踪技术测量明渠挟沙水流中固相颗粒的速度时,流速梯度和浓度梯度的存在会引起测量误差。选用典型的垂线流速与浓度分布公式对时均速度测量误差进行分析,得出了误差的解析表达式。对该解析式的理论分析表明,测量误差恒小于零,即速度测量值比实际值偏小。误差的大小与采样窗口的相对位置、尺寸及颗粒的悬浮指数有关。对误差大小随自变量的变化规律进行的数值分析结果表明,在一定的流场条件下,测量误差的最大值出现在床面附近,误差从床底至水面呈现出先减小后增大的特点。

转鼓式生物反应器中液相体系的流动性能

采用粒子示踪测速法在18 L转鼓式生物反应器中考察了转速和挡板数、挡板类型和粘度对转鼓流场的影响.结果表明,在低粘的自来水介质中,转速为4～12 r/min时,Y向平均分速度由0.029 m/s增加到0.053和0.064 m/s时,挡板重力提升能力不断增强,提高转鼓转速可促进全局混合.直挡板数由4增加到8时,挡板提升能力增强32.5%,且能获得更均匀的流场分布;与自来水体系相比,高粘度8 g/L黄原胶溶液体系中流场分布更均匀,剪切更温和.

蒸汽发生器二次侧流动PIV实验研究

基于一个可视化蒸汽发生器模化实验装置,并利用2D的示踪粒子测速方法(2D-PIV)获取了其二次侧相应测点流场图。观察直管段区域的横向流动现象并描述其机理。实验还对比了在冷热2端不同给水比例和不同功率负荷下速度场的差异,发现在冷热两端非均匀的给水方式(1:4)相比于均匀给水方式,直管段区域的横向流动现象有所减弱。