应用PTV粒子追踪测速技术的鱼卵运动试验研究

鱼卵运动研究是了解自然河流中鱼卵漂流散布规律的力学基础,对鱼类早期资源估算、产卵场位置推算和鱼类栖息地修复等具有重要意义。本文应用PTV粒子追踪测速技术,通过20组不同水深、不同流速工况的水槽试验和200组鱼卵粒子群(直径为4 mm,比重为1.01)运动视频的图像处理,并结合理论推导解析鱼卵运动方程,系统分析了恒定均匀流条件下的鱼卵运动特性、主要影响因素及其作用机理。结果表明,鱼卵运动的主要影响因素为水流速度、鱼卵比重、鱼卵粒径和鱼卵初始速度。鱼卵纵向速度随水流纵向速度线性增大,其试验拟合结果为水流纵向速度的0.73倍;鱼卵垂向速度(沉速)主要受鱼卵比重和粒径的影响,与水流纵向速度无直接显著关系;鱼卵运动轨迹在小流速情况下近似线性下降,且轨迹斜率随流速增大而趋缓;当流速增大到0.93 m/s,鱼卵轨迹受水流紊动效应影响转变为伴随着个别鱼卵猝发跃移的波浪翻滚式下沉;水深对鱼卵运动速度和运动轨迹的影响相对微弱;鱼卵初始速度对其运动的影响仅在初始极为短暂的时间内。

基于PIV/PTV的平板裂缝支撑剂输送试验研究

为了解水力压裂过程中水力裂缝内支撑剂的铺置规律,基于平板裂缝开展了支撑剂输送试验,分析了泵注排量、压裂液黏度、注入位置、支撑剂类型对支撑剂铺置过程的影响;运用PIV/PTV技术,测试了压裂液-支撑剂两相运动速度,从颗粒运动角度分析了不同因素对最终砂堤形态的影响。试验发现:平板单缝内支撑剂铺置存在“裂缝前端先堆积至平衡高度,再稳定向后端铺置”和“砂堤整体纵向增长,稳定向后端铺置”2种典型模式,2种模式可以在泵注的不同阶段出现并转换;砂堤不同位置形态主控因素存在差异,注入位置与排量主要控制前缘形态,黏度与排量主要控制中部形态,黏度主要控制后缘形态;在裂缝远端,支撑剂沉降存在“回流式”和“直接式”2种模式,前者受涡流控制,后者则仅依靠重力沉降;现场施工时可考虑“定向射孔+大排量中高黏70/140目石英砂(主体支撑剂)+40/70目陶粒架桥+大排量中高黏70/140目石英砂长距离输送+排量尾追40/70目陶粒”,兼顾缝长方向远距离铺置和近井地带裂缝与井筒的高连通性。平板裂缝内支撑剂运移与铺置规律试验结果可以为页岩储层压裂主裂缝内支撑剂高效铺置及储层改造工艺参数优化提供参考。

室内空气中颗粒状污染物的PTV测量

针对室内空气中颗粒状污染物流动特性的测量搭建了PTV测量系统,该系统由白光照明、CCD摄像头采集图像及四轨迹像点匹配算法软件构成。测量结果表明,该PTV系统具有测量室内空气中可吸入颗粒扩散与流动的速度分布、浓度分布等特性。

PDMS表面上的液滴蒸发实验研究

利用粒子跟踪测速(particle tracking velocimetry,PTV)技术,研究了聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)表面上的液滴蒸发行为.发现固液界面上的荧光微球首先向固液界面中心移动,而后发生运动反转,向三相接触线移动.其原因是由于接触线钉扎时接触线附近的蒸发通量较小,从而引起向液滴中心的流动,这种流动将微球带向液滴中心.理论分析了三相接触线的移动特征,发现其移动速度理论值与实验值在同一量级,而移动加速度的实验值较理论值偏大,造成这种偏差的原因是三相接触线处的荧光微球削弱了基底对三相接触线的钉扎作用.

各向同性均匀湍流近壁结构及泥沙起动

采用振动格栅产生的各向同性均匀湍流研究了泥沙的起动。应用PTV技术和局部光学放大技术对湍流场进行了测量,发现近壁面湍流动能的指数分布规律。分析了泥沙在均匀同性湍流中的起动机制,并用概率统计理论对泥沙的起动进行了定量的描述。通过测定泥沙起动事件的概率,得到了同种泥沙在不同流动参数下起动的临界湍流动能。

聚氧化乙烯熔体延迟壁滑现象的研究

将粒子示踪(particle tracking velocimetry,PTV)技术与高温锥板-平板流变仪结合,研究了聚氧化乙烯(poly(ethylene oxide),PEO)熔体的延迟壁滑行为.当高于某一临界应变时,PEO熔体在剪切停止后,上板壁附近呈现宏观运动.这是首次利用高温PTV装置观测到延迟壁滑现象.延迟壁滑现象无法用de Gennes的壁滑模型解释,但可以用王十庆提出的分子理论解释.