流向振荡柱体尾流控制研究进展

详细介绍了近几年采用尾部喷射、隔离板和小窄条控制件等3种方法对流向振荡柱体绕流旋涡脱落的抑制情况.在研究范围内存在非锁频和3种锁频旋涡脱落模式.风洞实验表明,尾部喷射对这4种模式都有抑制效果,窄条控制件对非锁频和2种锁频模式具有抑制效果,而隔离板仅对非锁频和1种锁频模式有效.在不同流动和振荡条件下找出了每种方法的有效控制区,研究了减阻和减少脉动力的效果,并探讨了控制机理.

流向振荡柱体尾流控制研究进展

详细介绍了近几年采用尾部喷射、隔离板和小窄条控制件等3种方法对流向振荡柱体绕流旋涡脱落的抑制情况.在研究范围内存在非锁频和3种锁频旋涡脱落模式.风洞实验表明,尾部喷射对这4种模式都有抑制效果,窄条控制件对非锁频和2种锁频模式具有抑制效果,而隔离板仅对非锁频和1种锁频模式有效.在不同流动和振荡条件下找出了每种方法的有效控制区。

隔离板对流向振荡圆柱尾流旋涡脱落的抑制

用隔离板对直径为D,沿流向振荡的圆柱后涡脱落进行抑制.隔离板放于圆柱尾流中心线上,控制参数包括隔离板长度L/D以及隔离板前缘到柱体振荡中心的距离G/D.实验的雷诺数范围Re=V∞D/ν=1.01×104～1.69×104,柱体折减振频范围feD/V∞=0～0.03,柱体振幅固定为A/D=0.2.风洞烟线显示和热线测量结果表明:当G/D位于一个有效区域内时,可有效抑制振荡柱体尾流的旋涡脱落.该有效区的大小随着隔离板板长的增大而增大,随着Re数和圆柱振荡频率的增大而减小.

空气隙膜蒸馏过程传质的强化

采用双向入流的圆形短管膜组件,并将超声激励技术用于膜蒸馏系统,以提高空气隙膜蒸馏通量.以自来水和稀盐溶液为料液,研究冷热溶液温差、空气隙厚度、超声激励和溶液浓度对蒸馏通量的影响.实验结果表明:合理设计膜组件、有效布置溶液的流动和控制实验参数,及超声激励技术,能降低温度极化、浓度极化和膜污染,从而有效提高空气隙膜蒸馏通量.

薄矩形柱绕流旋涡脱落的抑制

用窄条形控制件对截面宽度为B,厚度为H的矩形柱体绕流的旋涡脱落进行抑制.实验在风洞中进行,实验范围为B/H=2.0～5.0,Re=V∞H/ν=3.75×10^3～1.05×10^4.矩形柱的宽边B与来流平行,窄条与柱体等长,且两者轴线相互平行放置.窄条宽度为b/H=0.5,窄条厚度远小于其宽度;窄条位置可变,但窄条表面保持与来流垂直.尾流脉动速度测量和流动显示结果表明：当窄条位于一个有效区内时,矩形柱体两侧的旋涡脱落被抑制;而当窄条位于一个单侧有效区内时,矩形体一侧的旋涡脱落被抑制,在另一侧旋涡脱落却仍存在.有效区范围从矩形体的上游某点一直延续到矩形体的下游某点.单侧有效区将整个有效区围在其中.有效区和单侧有效区范围随着B/H的增大而增大,但随着Re的增大而减小.

二维Woods-Burnett方程的稳定性分析

Woods-Burnett方程是Boltzmann方程的二阶近似,是Burnett方程的一种修正,能够描述轻微偏离热力学平衡时的稀薄气体流动。但是Woods-Burnett方程在小扰动下不稳定,这是限制Woods-Burnett方程广泛应用的一个重要原因。本文在一维稳定性分析的基础上,通过线性小扰动理论,首次得到了二维Woods-Burnett方程的稳定性特征方程,并把稳定性方程的解表示在复平面上,得到了二维稳定性特征曲线。通过扰动增长系数和扰动波数的关系,得到二维Woods-Burnett方程的临界努森数为0.130,而一维Woods-Burnett方程的临界努森数为0.184。说明在二维情况下Woods-Burnett方程更加不稳定。

基于低密度粒子图像叠加的Micro-PIV速度场测量

提出了一种基于低密度粒子图像的微流体粒子图像全场测速技术。经过背景噪声去除、阈值过滤、图像增强等图像预处理过程,获得了高质量的低密度荧光示踪粒子图像。对100对图像进行图像叠加处理,得到了满足互相关算法求解二维速度场的高密度叠加粒子图像。针对宽度为250μm,深60μm的长直微通道开展了覆盖全场不同流体层平面的二维速度测量,并利用多个流体平面的二维速度场实现了微通道内全场速度的构建。研究结果表明:由于图像叠加法去除了像径大但灰度低的背景粒子图像,采用互相关分析能够准确获得分层二维速度场,所构建的全场速度场正确反映了长直微通道内流流场特征。

90°弯管内气固两相流湍流变动实验研究

采用相位多普勒测速仪(PDA)对方形截面90°弯管内稀相气固两相流动进行了测量。颗粒相采用平均粒径为77μm的玻璃球,气相测量采用雾化水滴为示踪粒子。实验雷诺数Re=105(平均速度U0=10m/s)。文中对单相气体流动和气粒流中气相流动进行了分析。其中,两相流动中气相流动数据是在PDA激光散射信号后处理过程中根据颗粒尺寸进行大小颗粒(小颗粒代表气相,大颗粒代表颗粒相)分离得到的。结果发现,平均流速方面气粒流动中的气相速度较单相气体流动低,此现象产生的原因,主要是由于颗粒对连续气相介质的拖拽作用;对于湍流脉动,两相流中气相的湍流脉动比单相气体流动大,这主要是因为动能较大的颗粒相把动能传递给了气相,而这些颗粒的动能主要来源于壁面或颗粒间的碰撞。

尾部喷射对流向振荡柱体尾流旋涡脱落的抑制

强迫振荡柱体绕流旋涡脱落的抑制具有重要工程意义,但比静止柱体尾流的抑制更加困难,目前这方面的研究很少.本文采用尾部喷射方法对流向振荡圆柱尾流旋涡脱落进行抑制实验,雷诺数Re=V∞D/范围为2700–9800,柱体振荡幅值A/D=0.2,柱体振荡频率范围feD/V∞=0–0.36,其中V∞为来流速度,D为柱体直径.沿圆柱母线开一个与圆柱等长、宽度为h/D=0.015的缝隙,用于喷射空气.喷射速度比Vb/V∞范围为0–18,相应的流量比hVb/DV∞范围为0–0.27.风洞中的烟线显示和热线测量结果表明:当喷射速度比Vb/V∞(或hVb/DV∞)介于其下临界值和上临界值之间时,振荡柱体两侧的尾流旋涡脱落被有效抑制.发现在非锁频和锁频两种状态下均能抑制旋涡脱落.在振频feD/V∞和喷射速度比Vb/V∞(或hVb/DV∞)组成的平面坐标系内找出了有效抑制旋涡脱落的区域,研究了有效区域随雷诺数的变化和喷射角对抑制效果的影响,并探讨了旋涡脱落抑制机理.

窄条控制件对流向振荡柱体尾流旋涡脱落的抑制

在流向振荡圆柱体尾流中施加一个静止的窄条控制件,对尾流涡脱落及作用于柱体的平均和脉动力进行抑制.未加控制情况下,存在非锁频和3种锁频状态的涡脱落模式.流动显示及尾流脉动速度谱和脉动升力谱的分析表明,当控制件位于有效控制区域时,可抑制非锁频和2种锁频状态下的旋涡脱落,并且使脉动升力和平均阻力有明显减少.本文研究了柱体的振频、雷诺数,窄条宽度及阻塞度对有效区的影响并探讨了控制机理.