旋转变径圆管内螺旋流的LDV流速测量

针对旋转变径圆管内螺旋流场激光多普勒测速(laser Doppler velocimetry,LDV)存在的窗口振动、光束难聚焦与旋转多普勒效应等问题,设计了同轴双带驱动LDV实验装置。采用折射率匹配和光路计算相结合的方法,实现了其速度场的二维LDV测量,得到了不同壁面旋转率下变径圆管内螺旋流的切向、轴向速度分布。实验结果表明:旋转与螺旋流同向时,切向速度明显增加,最大切向速度随旋转率的增加率约为10%/N,最大切向速度点向边壁移动;当旋转率与螺旋流自身旋转率接近时,外涡流区几乎消失;旋转与螺旋流反向时,切向速度随之减小,最大切向速度随旋转率的减小率约为8%/N,最大切向速度点向轴心移动;不论壁面正反旋转,近壁区轴向速度都产生了层流化的趋势。

旋转变径管内螺旋流相干结构的大涡模拟研究

旋转管式分离设备的主分离段一般为变径管结构,针对其内部螺旋流的研究主要集中在平均统计量的分布规律上,缺乏从流动结构角度的描述。本文采用大涡模拟方法对不同旋转条件下变径管内螺旋流开展数值模拟研究,分别以Q准则与基于SVD方法的POD分解法,对数值计算的速度场进行了分析。Q准则等值面显示,螺旋涡从大锥段开始发生破碎,旋转效应能够减弱外涡流区的漩涡强度;POD分解重构后脉动速度场显示,脉动速度场的1阶模态为主模态,包含了湍流的大部分能量,5阶模态之后的流动为由小尺度涡构成的复杂湍动结构。旋转效应抑制了径向涡,促进了轴向涡。从流场结构的角度而言,旋转效应对分离起到了积极的作用。