变几何涡轮动叶栅流场的PIV实验研究

对某变几何涡轮在不同导叶转角工况下进行了内流场PIV实验研究,获得了动叶叶栅流道及其下游区域详细的流场及涡量场数据,并对其进行了对比分析.结果表明:导叶转角从6°转到-6°的过程中,叶轮出口截面最大速度增加约11%,叶轮流道内部最大绝对速度增加约40.6%,气流角度单调变化,叶轮输出功率在这一过程中增加了42%;但随着导叶转角的减小,下游动叶流道的流动损失有所增加.

双射流流动特性数值模拟和PIV实验研究

提出了将同轴直射流与旋转射流组合形成新型双射流的喷嘴结构和原理 ,并采用RNGk ε模型对双射流喷嘴内外流场进行了数值计算 ,结果表明 ,喷嘴压降一定时 ,存在 3种轴心速度衰减曲线 ;喷嘴加旋流道导程是决定轴心速度衰减模式的主要因素 .存在一个最佳导程可以同时满足大的射流冲击面积和作用距离的要求 .应用PIV实验系统对优化后的双射流流场进行了实验研究 .

疏透型防护林绕林流场的PIV实验研究

利用粒子图像测速仪(PIV),采用2帧 互相关的分析方法,对疏透型防护林流场的流动特征在风洞中进行实验研究,获得绕林流场的速度矢量图、速度等势线图和涡量场图。实验中选用的防护林疏透度分别为0%,30%,40%,60%。在各种疏透度下的防护林中,疏透度为0%的防护林近尾流区平均沿流速度衰减幅度大,但恢复也快,且有最高的平均垂直速度。疏透度为30%和40%的防护林绕林流场非常相似,其中疏透度为30%的林带,林后平均沿流速度恢复较慢,且气流扰动较小,具有良好的防风固沙作用。

合成射流低速射流矢量偏转控制的PIV实验研究

通过在二元矩形射流风洞出口两侧布置斜置扩张的斜出口合成射流激励器,并调整到合适的扩张角,在主射流未形成Coanda效应的前提下,利用合成射流非定常扰动来"激发"诱导主射流剪切层,使主射流发生矢量偏转。结合PIV测试技术,对合成射流在不同电压和频率参数下控制低速主射流的时均流场进行了测试。结果表明仅需改变激励器的电压和频率电参数,就可实现对主射流矢量偏转的主动控制。随电压的逐渐增加,可实现对主射流的比例偏转控制。频率变化对主射流矢量偏转角的影响较显著,在共振频率下可以获得最大的矢量偏转角。通过控制两侧激励器的"开—关"控制,可以实现对主射流矢量偏转的切换控制,PIV瞬态流场测试结果表明该切换过程是连续可控的。

有无外风筒时轴流通风机内部流场PIV实验比较

对某轴流通风机进行了有无外风筒的 (开式 )PIV实验。实验中观测并捕捉到了无外风筒时轴流通风机内的叶尖涡。而在有外风筒情况下 ,气体从轴向进入且流动平稳 ,两种情况流动差别较大。为认识轴流通风机内流机制提供了实验依据。

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。

串联心室辅助对主动脉旋动流特性影响的PIV实验研究

心力衰竭(心衰)是一种高危险、高发病率的心血管疾病。心室辅助装置作为心力衰竭的有效治疗手段正逐步应用于临床治疗中。虽然心室辅助装置得到了广泛的应用,但是心室辅助装置对主动脉旋动流特性的影响机制尚不清楚。本文采用PIV实验方法研究串联心室辅助装置对主动脉的血流动力学影响机制。首先,根据心衰患者CT数据重建主动脉三维几何模型;其次,采用新工艺制作真实的几何PIV实验模型;最后,对真实主动脉模型在不同工况下进行PIV实验,以此来研究串联心室辅助装置(sLVADs)的辅助水平对主动脉血流动力学的影响机制。实验中,选取了模型的三个截面进行研究,所截取的3个截面为:S1:sLVADs出口截面;S2:主动脉弓入口截面;S3:主动脉弓中段截面。实验结果显示,对于sLVADs,S1截面上血流速度矢量呈现出明显的旋动特性,血流旋动的中心均集中在截面中心附近位置,并且高速血流主要集中在主动脉血管壁处;S2截面处血流速度场发生了偏转,其高速血流区出现在主动脉弓内壁处;S3截面处的血流速度场的旋动中心靠近三根分叉血管根部,高速血流区出现在主动脉弓内壁处。通过分析实验结果,得出以下结论:结合PIV实验技术与真实主动脉模型能够获得心室辅助装置辅助下主动脉的真实血流动力学环境,为以后的真实病例研究提供了方法;医学三维重建技术与高精度3D打印技术的结合,提供了更加真实的主动脉模型,从而获得了更加真实的实验数据。

3种不同机翼构型的地效翼气动特性优化实验研究

机翼的几何构型是影响地效飞行器空气动力学特性的重要参数,为改善地效飞行器升力、阻力特性,采用拖曳水槽实验测量了下反前掠翼和具有仿生凹凸前缘下反前掠翼的升力、阻力特性和尾流速度场,并在分析翼尖涡流场结构的基础上从展向流动的角度讨论了机翼升力阻力变化的机理。结果表明,在地效区内,下反前掠结构可以有效改善机翼绕流特性,抑制翼尖涡的形成和发展、增大了涡心距,起到增升减阻的效果,并且机翼越靠近地面,增升减阻的效果越明显。在此基础上,凹凸前缘可以进一步优化机翼绕流特性,降低翼尖涡强度,使诱导阻力减小。在小间隙比、小攻角工况中,带凹凸前缘的下反前掠结构的仿生翼具备最优的航行经济性。上述研究可为改善地效翼的飞行性能并促进地效翼设计理论的发展提供参考。

PIV技术在放射性气溶胶运动特性研究中的应用

核燃料循环过程中产生的放射性气溶胶一旦被人吸入体内会危害人体健康,掌握一定空间内放射性气溶胶粒子的运动特性可以更好地保障实验运行人员和公众的安全。介绍了PIV(粒子图像测速)的原理及特点,并对国内外利用PIV技术在放射性气溶胶粒子运动特性研究中取得的成功经验按空间尺寸大小进行了概括总结。

内插锥形片强化传热管数值模拟与PIV实验研究

本文通过数值模拟和PIV实验研究了内插锥形片涡发生器强化换热管在层流状态下的流动和传热性能。PIV实验与模拟研究发现锥形片涡发生器能够有效扰动和混合管内流体,使管内形成多涡纵向旋流的流动结构,且实验结果与模拟结果吻合较好。本文研究了两个几何参数(锥形片片数n,空缺比VR=1-(n×α)/2π=1/3、1/2、2/3)对其流动换热性能的影响。内插锥形片涡发生器强化传热管的换热性能(Nu)提高为光管的3.93～9.73倍,流动阻力(f)增大为光管的4.57～39.45倍,综合换热性能PEC取值范围为2.11～3.37。因此锥形片涡发生器是一种具有优良性能的管内强化换热扰流件。

高速流动PIV示踪粒子跟随响应特性实验研究

示踪粒子的跟随响应能力是影响高速流动PIV测量精度的重要因素。针对法向马赫数大于1.4的高速流动所提出粒子松弛特性分析模型,结合理论分析与数值模拟方法,发展了高速流动下的示踪粒子布撒技术,提高了PIV技术定量化测量能力。基于上海交通大学多马赫数风洞,以不同粒径的氧化钛颗粒作为示踪粒子,利用PIV技术观测Ma4的高速流动诱导的一道22°激波,结果显示30nm粒径的示踪粒子有更优秀的跟随响应能力;并以该粒子进行了不同条件下(包括斜激波与脱体激波)的跟随性实验验证,为高速流动PIV示踪粒子选择提供了实验支撑。

附属柔膜对矩形柱扭转颤振影响的实验研究

通过风洞实验,研究附属柔膜对宽厚比B/D=3的单自由度矩形柱体扭转颤振的控制效果。柔膜固定于矩形迎风侧两边缘,高度d=0.5D。在折减风速Ur=0~22条件下,测量有、无控制状态下的振幅、尾流频率和尾流结构等。研究结果表明:前沿柔膜能够显著提高模型颤振临界风速,并大幅度减小颤振振幅。控制工况中,Ur=12.8时模型仍未起振,而柔膜已发生大幅拍动,并显著削弱了尾流中周期性涡脱。尽管控制工况中颤振振幅明显减小,但颤振发生后尾流主导频率仍锁定于结构固有频率,类似于无控制情况。颤振发生后,控制工况中拍动的柔膜仍能明显削弱模型尾流中的前缘涡,并减小流体对结构的气动力和做功,从而最终起到了抑制颤振的效果。

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。

风压作用下房屋自然通风的PIV实验研究

为认识屋内流动结构和改善房屋自然通风效果,本文介绍了风压作用下大开口的房屋自然通风模型的风洞实验结果。首先通过表面压力分布测量得到了建筑物表面风压系数的分布规律,以此为依据选取合理的窗口位置。而后采用PIV粒子图像测速技术,对房屋模型内自然通风的流场进行定量测量,研究不同窗口大小和窗口位置对室内流场速度分布的影响;通过实验比较不同工况下自然通风效果的优劣,对如何改善建筑物内部空气品质提出合理建议。实验得到了不同工况下自然通风的流量及流场结构。通过对实验结果的分析,发现在大开口的情况下,采用传统的流量系数计算方法得到的通风量会偏小,无法反映真实的通风情况。各个模型中,综合考虑新风流量、室内空气平均年龄、污染物较为集中的位置等因素,发现选择进风窗口大、出风窗口小的通风模型,产生风压作用下穿堂风式的自然通风,可以得到更好的通风效果。而室内家具的摆放也会影响房间内部的空气流动,合理放置家具可以提高室内的空气品质。

火电厂直接空冷系统风洞热效应模拟实验研究

将空冷凝汽器模型内通恒定温度的热水构成热循环系统,在低速风洞中首次同时模拟了空气动力学、轴流风机的强迫对流以及热空气的浮力效应在内的复杂流动与热动力学耦合问题。提出影响空冷凝汽器散热效果的回流率的概念,探求来流条件的变化对空冷岛底部平均回流率的影响,并进行相应的PIV测速实验。结果发现,空冷岛底部平均回流率随着风速的增大而增大;不同风速的条件下,空冷岛底部平均回流率随风向角的变化趋势基本一致,并且风向为西风、西南风和西北风附近时空冷岛底部平均回流率较大;增加挡风墙高度可以降低空冷岛底部平均回流率,并且风墙高度为14.64m时平均回流率最小。

液力变矩器内部流场实验示踪粒子的选取

本文介绍了用PIV实验技术研究液力变矩器内部流场如何选取示踪粒子的方法,论述了示踪粒子跟随性、浓度等关键问题,以及运用此方法获得的结果.

不同湿度下的云雾-不饱和空气湍流混合实验研究

本实验设计建造了一个80×80×100cm3的室内云雾腔,对不同环境湿度下的云雾-不饱和空气混合过程的湍流特征进行了实验研究,利用PIV技术,获得了混合过程中的速度场,得到了湍动能、脉动速度二阶结构函数、泰勒微尺度等物理量。结果表明:该实验测得的湍流泰勒微尺度为mm量级;云雾-不饱和空气混合过程的脉动速度场表现出明显的各向异性,随着不饱和环境湿度的增加脉动速度概率密度函数在尾部越来越偏离标准高斯分布;横向结构函数和纵向结构函数比值明显偏离基于均匀各向同性湍流的理论值。

旋翼尾流时空发展二维速度场的实验研究

旋翼作为直升机的主要升力和操纵部件,具有复杂的流场结构,如非定常性,桨-涡干扰和桨尖涡等,导致旋翼流场研究十分困难.针对这一问题,结合锁相技术和粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术开展了悬停状态下旋翼流场的实验研究,并通过本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)提取主要含能模态,刻画流场时空演化.结果显示,旋翼尾流发展过程中向旋转轴靠近,二维流场结构呈现倒三角结构,即扩展到三维流动中会呈现倒锥型结构的特性;通过POD进行含能模态分析,旋翼尾流中对湍动能贡献最大的为桨叶涡结构,其次是桨尖涡结构.

基于实验和模拟方法对隔板絮凝池流场的研究

运用粒子图像测速技术和数值模拟方法,对往复式隔板絮凝池的流场进行了研究,通过分析实验结果和数值模拟结果,从流场的水力特性角度解释了往复式隔板絮凝池无效能量消耗大、絮凝效率低的根本原因。

不同侧板结构对八棱柱型人工鱼礁流场效应的影响

为了解侧板结构对八棱柱型人工鱼礁流场效应的影响,实验基于计算流体力学方法(computational fluid dynamics,CFD),利用大涡模拟(LES)对4种不同侧板结构的八棱柱型人工鱼礁周围流场变化进行数值模拟,并以上升流体积、背涡流体积和向上输运通量等为流场效应指标进行了分析,同时利用水槽实验对数值模型进行验证。结果显示,水槽实验流速与2种尺寸数值模拟流速的均方根误差最大不超过0.065。0°垂直迎流时,2种来流速度下,A型、C型和D型礁的上升流体积较B型礁最大分别高35.6%、244.1%和80.1%,背涡流体积较B型礁最大分别高193.5%、115.8%和88.8%。C型和D型礁的向上输运通量均大于A型礁,且C型礁最大向上输运通量是D型礁的1.29倍。不同迎流角度下,C型礁和D型礁的上升流体积和背涡流体积在4种角度下差异显著,且迎流面投影面积和上升流体积及背涡流体积之间相关系数较小。研究表明,实验所采用的数值模拟准确可靠;侧板数量增加对于提升八棱柱型人工鱼礁流场效应尤其是上升流效应作用明显;下层侧板固定时,上层为倾斜侧板有利于提升礁体的上升流效应,上层为垂直侧板时有利于提升礁体的背涡流效应;不同的侧板组合会影响礁体对迎流角度的适应性。本研究结果可为鱼礁单体的优化设计以及大尺度海洋数值模型中阻力参数设定提供参考。