人体上呼吸道内稳态气流运动特性的PIV初步试验研究

人体上呼吸道内气流组织形式的研究对于进行气溶胶在呼吸道内的沉积分析具有重要的意义。应用粒子图像速度仪(Particle Image Velocimetry,PIV)对人体上呼吸道内的稳态气流运动特性进行了试验研究,研究结果表明:口腔中、下部气流速度略大,其它位置速度相对较小,咽部外壁气流速度较大,高速气流贴近喉部和气管内壁向下流动,在内壁形成高速区域。咽部外壁、喉部和气管内壁分布的气动剪切力较大,承受的气动负荷较大,容易造成壁面劳损和组织损伤。

PIV系统测量误差的实验评价方法以及实验参数的优化

提出了一种PIV(ParticleImageVelocimetry)测量误差的实验评价方法:利用匀速转动圆盘上粒子的反射光模拟流场中示踪粒子散射光解决基准速度场。建立了一套二维PIV系统的测量误差评价系统,利用该系统对PIV测量误差和测量精度进行了实验评价,得到了结果误差在空间及时间上的概率分布特性,并对两个关键PIV实验参数进行了优化。实验表明该误差评价方法装置简单,方法可靠,可方便灵活地对PIV系统测量误差和测量精度进行实验评价和参数优化研究。

烟气轮机级内气固两相流场特性PIV实验

烟气轮机是催化裂化装置能量回收系统中的关键设备,但烟气内的催化剂颗粒极易在内壁面沉积结垢,影响机组正常运行,因而必须对烟气轮机内的气固两相流动进行研究以避免催化剂发生沉积。以实际烟气轮机为基准设计了模型烟气轮机,运用粒子图像测速(PIV)技术对模型烟气轮机内叶顶、叶中、叶根三个特征面的气固两相流动特性进行冷态测量,研究两相流在1000和1400 m3?h-1两种气相流量下的流动特性。结果表明,静叶流道内,两相流逐渐偏转加速,在流道出口处速度值和偏转角度达到最大。相同气相流量下,颗粒的速度偏转程度小于气相。动叶流道内,气相速度沿流动方向逐渐衰减,流出流道时速度方向接近轴向。固相在动叶流道出口处叶顶附近具有与旋转方向相反的切向速度分量。研究结果为进一步探索催化剂颗粒在烟气轮机内部的沉积结垢机理提供了重要依据。

基于PIV技术的明渠非恒定流试验系统

建立了一套高精度的明渠非恒定流试验系统,通过计算机及变频器控制水泵转速产生非恒定流过程,由电磁流量计、超声水位计实时监测流量和水位变化过程,并通过PIV流场仪进行流场测量。该系统不但能生成连续、稳定的周期性非恒定流过程,很大程度改进了明渠非恒定流的试验手段。

PIV测速技术实验参数分析

本文通过理论分析、计算机模拟及实验观测，对采用底片记录和杨氏条纹法判读的ＰＩＶ测速技术的动态测量范围、各种实验参数的影响及其优化取值准则进行了详细的分析讨论，并给出了一些有关的理论及经验公式。

采用PIV研究叶轮轴向旋涡流

轴向旋涡流是离心叶轮内特殊的流动现象,它的速度分布规律与叶轮特性关系密切。本文作者采用先进的PIV系统在改型叶轮内进行实验研究,首次成功获得叶轮轴向旋涡瞬态流场。经数据处理、分析,揭示了轴向旋涡流相对速度在不同转速时的分布规律。实验研究结果将深化人们对离心叶轮内流场的认识。

多风路空冷汽轮发电机PIV流场测试实验台研发

为了研究定子多风路的大型空冷汽轮发电机内部气隙中(转子外表面与定子内壁面之间)的旋转空气速度场特征,研发并试制了电机通风粒子图像测速技术(PIV)测试实验台.首先介绍了实验台的风路设计方案及部件风扇、定子和转子各部分结构及相关尺寸;设计了PIV测试实验测量方案.然后,采用ANSYS有限元程序,在符合实际的边界条件下,对通风实验台的轴与支撑环及风扇支架、转子环进行应力分布计算及分析,计算并选择合适的拖动系统电动机,得出最终的结构方案,为实验台的加工制造提供基础数据.该实验台可为大型空冷汽轮发电机旋转流场可视化研究提供平台.

低旋流数旋进射流流动特性的PIV实验研究

采用粒子图像测速技术,研究了当雷诺数Re=4.5×10^(4)时低旋流数旋进射流的流动特性。针对3种不同旋流数(S=0、0.26和0.41),对比分析了时均流向速度场、流向速度脉动强度场以及时均涡量场的变化规律。实验测量结果表明:随着旋流数的增加,流向速度大小及其脉动强度沿流向衰减加剧,而射流中心线上的速度脉动强度增强;因腔体壁面空间限制而产生的回流区向上游移动且尺度变小;外剪切层中旋涡的流向发展急剧衰减而内剪切层内的旋涡几乎不受影响。此外,结合速度谱和典型时刻的瞬态流场特征可知,旋流数增大后,旋进频率增大,而旋进现象发生的起始位置向上游移动,使得旋进偏转角度增大。

惯性粒子分离器流场特性的PIV试验研究

惯性粒子分离器因具有流动损失小、砂尘分离效果明显的特点而成为直升机发动机进气道的标准配置。论文采用PIV测速技术对惯性粒子分离器矩形截面模型进口、中心体驼峰区域、清除流(包括分叉区域)、主气流流场在高速进气状态下,进行分段测量,研究了该模型流道在设计型线下的流动特性;对比数值计算,显示出该流场的局部流动细节结构。进一步地验证了湍流模型数值计算方法可应用于惯性粒子分离器流道流场特性的研究。

地面效应作用下翼尖涡特性的PIV实验研究

完成了NACA23012机翼地面效应条件下翼尖涡结构及升阻力特性实验。实验在拖曳水槽中模拟机翼的飞行状态,获得了在多种飞行高度、0°攻角时机翼在水平地面和正弦波浪地面附近的升/阻力、翼尖涡流场的变化规律,对比分析了水平地面和波浪地面附近翼尖涡速度、涡量分布的区别及其可能对机翼升/阻力造成的影响。实验结果表明:即使在正弦波浪地面附近,随着机翼逐渐靠近地面,升力逐渐减小至负升力,翼尖涡的强度亦发生相应变化;尤其是在小间隙比、负升力情况下,翼尖涡的旋转方向产生了改变;流场结构不仅受机翼距地面高度影响,也随着波浪地面与机翼瞬时所处位置构成的相对相位关系的不同而变化,并且涡量沿波浪地面运动的变化呈现周期性,但变化规律并不符合正弦周期,主要原因在于波浪地形与下翼面所构成的流道形状及狭窄程度的周期性变化对翼尖涡流场结构的发展和演化产生不同程度的抑制。

基于TR-PIV技术的螺旋桨水动力实验教学平台设计

研究性实验教学逐渐被各大高校所采用,成为一种教学新趋势。哈尔滨工程大学船舶与海洋工程国家级实验教学示范中心在已有工作的基础上,通过引进本专业领域先进流体测试技术,与传统螺旋桨教学相结合,建立了一套螺旋桨水动力实验教学体系。在激发学生学习积极性的同时,培养学生创新能力、动手能力、协作能力、分析能力等,巩固学生所学知识,增加对流场结构的深入理解。同时,研、学相辅相成互为补充,既能激发学生积极性、创造性,又能促进科研成果产出。

PIV流场测量技术在实验教学中的应用

为方便学生对流体力学流场测量的理解,建立了以先进PIV为基础测量手段的学生实验教学方案。该实验教学方案在专业兴趣激发、实验技术开发、教学手段创新,以及将科研融入实验教学等方面均取得了良好成效,学生对PIV技术及船舶外流场的认识进一步深化,实验创新能力得到提升。

中国空间站燃烧科学实验系统PIV单元地面试验

中国空间站燃烧科学实验系统是用于开展微重力燃烧实验研究的综合性科学实验平台,可以实现燃烧流场测量。为了验证燃烧科学实验系统粒子图像测速(PIV)单元对燃烧流场测量的功能与可行性,本文基于与在轨状态一致的连续激光器和相机的空间布局,搭建了地面层流圆孔射流试验平台,选取Al_(2)O_(3),TiO_(2),ZrO_(2)三种示踪粒子进行冷态试验与热态试验。试验结果表明,自主研制Nd∶YVO4泵浦连续激光器偏光角度合适,能照亮被测流场主流区域,燃烧科学实验系统PIV单元可用于低速燃烧流场测量;相同工况下,Al_(2)O_(3)粒子在冷态试验测量的速度值更接近于理论值,速度幅值比更接近1,更适用于低速流体测量。

凝汽器管道壁面泄漏流场数值模拟研究

凝汽器作为核电厂热力循环中的冷却设备,乏汽通过与其内的冷却水进行热交换形成冷凝水以进行再次热力循环。凝汽器所用的海水冷却水一旦泄漏就会对二回路的蒸汽发生器造成污染,进而影响核电站的安全运行。本文针对凝汽器液相泄漏过程的流动特性进行了数值模拟研究,采用Euler-Euler两相流模型和k-ε湍流模型分析了不同流动工况下两相泄漏过程的流场,在常温常压情况下通过粒子图像测速(PIV)对凝汽器冷凝管的泄漏过程进行了可视化测量分析,并与数值模拟作了对比。结果表明:气液两相同时存在于泄漏过程中时,泄漏量与管道内液相流动工况无关,只与管道内外侧压差相关;泄漏的检测时间可设定在发生泄漏后0.003s内,此时泄漏射流附近存在的两个回流涡会导致示踪气体的回流,可能会对示踪气体的传质和对流扩散产生影响;管道内外侧压差为100000Pa情况下,冷却剂泄漏的质量流量约为3.925×10^(-3)kg/s至9.813×10^(-3)kg/s。

激光诊断测试技术在实验教学中的应用与探索

粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)能够无接触、实时地获得全场瞬态流场信息,经过后处理能够清晰展示流场结构,是一种常用的流场测速手段。在本科生实验教学中引入激光诊断测试技术,使枯燥的流体力学类课程变得形象可观,帮助学生更深层次理解流场结构及流动特征,提高学生学习积极性。

反应堆顶盖腔室流场实验研究

为获得反应堆冷却剂在顶盖腔室的流动特性,该研究在基于1∶1原型的实验本体上开展实验,并利用PIV系统测量得到不同流量下顶盖腔室内的流场,最终获得顶盖腔室内的流体脱壁位置、涡的情况、流速的分布规律和不同流量下顶盖腔室的流场差异。结果表明,水介质沿着腔室内壁面流动,一直到接近顶盖腔室中心处才发生明显脱壁现象;顶盖腔室内一共形成了“一大两小”3个涡;沿着壁面方向越到下游或者垂直壁面方向离壁面越远,流速越小;随着流量的增大,顶盖腔室的流场特性基本一致但整体流速变大。

跳汰机新空气室结构设计与试验研究

为进一步提升跳汰机的分选效果,以X系列跳汰机为研究对象,构建了PIV试验系统,为后续优化效果的验证提供基础。在分析传统空气室结构的基础上,重点通过减小弧形段角度和增加空间两个思路对空气室结构进行优化,并最终通过PIV试验系统验证了优化效果。

平板气膜冷却孔下游湍流场的试验研究

利用二维粒子图像测速(PIV)技术,在吹风比为0.5和1.0、雷诺数为480时,对平板直冷却孔和弯曲冷却孔下游湍流场的流动结构进行了测量,得到了中心截面及射流下游4个流向横截面上的平均速度、涡量分布以及烟雾显示照片,并分析了弯曲冷却孔通道对下游涡结构沿流向演化过程的影响.结果表明:冷却孔射流具有较低的射流轨迹,可以增强气膜的贴附效果,有利于提高冷却效率;弯曲冷却孔能为气膜提供较强的横向动量,使其具有较高的横向扩展能力,从而改善气膜的侧向覆盖效果.

入水初期流场的测量方法

计算机技术、激光技术和图象处理技术的发展带动了流场测试技术的迅速提高 ,PIV技术克服了以往流场测量方法中单点测量和不能测量瞬态流场的局限性 ,它成功地应用于物体入水初期流场的测量 ,为研究此类流动提供了一种新的途径。本文简单介绍了 PIV测量物体入水初期流场的方法并给出了试验结果。

微纳米尺度流动实验研究的问题与进展

微纳米实验流体力学研究的流动特征尺度在1mm^1nm范围,处于宏观流动到分子运动的过渡区。连续介质力学与量子力学这两个经典理论的衔接,提出了诸如连续性假设适用性、边界滑移等基本理论问题。同时从微纳米尺度研究界面处液/固/气的耦合,化学、电学性质对流动的影响值得关注。微纳米实验测量仪器融入了力、电等测量手段,要求测量空间精度达到nm量级,力的测量精度达到pN,时间分辨率达到ns。本文围绕连续性假设适用性、边界滑移、微纳米粒子布朗运动及微尺度涡旋测量等问题,介绍了Micro/Nano PIV、示踪粒子流场显示等技术应用于微纳流场观测的进展与难点。目前微纳米流动测量仍然沿着经典流体力学测量"小型化"的思路开展,而纳尺度的测量期待着新的实验方法与技术的提出。