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基于层析piv的椭圆水翼近尾迹梢涡实验研究

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实验流体力学 2022年第2期36卷 82-91页

作者：赵航佘文轩高琪邵雪明浙江大学航空航天学院流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027

梢涡空化作为一种常见的空化现象,广泛存在于水力机械及船舶推进领域。梢涡空化初生与桨叶梢部的旋涡流动密切相关,因此有必要深入研究梢涡流场,揭示其流动特征与空化的内在联系。基于高时间解析度的层析piv技术,在高速空泡水洞中对椭... 详细信息

梢涡空化作为一种常见的空化现象,广泛存在于水力机械及船舶推进领域。梢涡空化初生与桨叶梢部的旋涡流动密切相关,因此有必要深入研究梢涡流场,揭示其流动特征与空化的内在联系。基于高时间解析度的层析piv技术,在高速空泡水洞中对椭圆水翼的近尾迹梢涡流场开展了实验研究。结果表明:梢涡在近尾迹区域内存在明显的摆动现象,未考虑旋涡摆动的时间平均会在时均流场中引入额外的误差,因此在梢涡特性的定量研究中有必要滤除旋涡摆动的影响;在水翼脱落剪切层的作用下,涡核中心两侧的切向速度分布明显不对称,且在剪切层与涡核之间存在高速轴向流动区域;梢涡流场中的湍流脉动能量主要集中在涡核内部,且由法向、展向速度脉动主导。结合前人研究,发现法向、展向速度脉动是涡核内部湍流压力脉动的主要来源。

关键词：椭圆水翼梢涡层析piv 流场测量涡运动

壁湍流调制雷诺应力和拟序结构应变率空间形态的层析piv实验研究

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实验流体力学 2012年第3期26卷 6-16页

作者：贾永霞姜楠天津大学机械工程学院力学系天津300072 天津市现代工程力学重点实验室天津300072 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100080

采用高时间分辨率的层析piv技术,测量了水洞壁湍流三维速度分量空间分布的时间序列,应用局部平均速度结构函数概念对流向速度信号进行多尺度分解,以流向速度分量的局部平均速度结构函数过零点作为特征量检测壁湍流中拟序结构猝发的喷射... 详细信息

采用高时间分辨率的层析piv技术,测量了水洞壁湍流三维速度分量空间分布的时间序列,应用局部平均速度结构函数概念对流向速度信号进行多尺度分解,以流向速度分量的局部平均速度结构函数过零点作为特征量检测壁湍流中拟序结构猝发的喷射和扫掠过程,应用空间相位平均技术提取拟序结构猝发的喷射和扫掠过程各速度分量、涡量分量、拟序结构速度应变率分量以及调制雷诺应力分量的空间相位平均拓扑形态。为了引入平衡态涡粘模型假设模拟调制雷诺应力,研究了拟序结构猝发过程中调制雷诺应力分量和速度变形率分量的空间分布形态,发现两者之间的空间相位分布不一致。由于存在时空相位不同步性,说明需要考虑大尺度拟序涡结构引起动量传递的时空弛豫效应。应用经典的线性平衡态下的Boussinesq涡粘模型不能准确地描述壁湍流拟序结构动量传递非平衡现象的物理机理。对于壁湍流拟序结构动力学方程中调制雷诺应力的模拟,应采用包含时空相位信息的复涡粘张量模型。由于雷诺应力与速度变形率的时空不同步性,对非平衡非局部湍流场的数值模拟提出了一个挑战性的问题,建议采用包含相位信息的复涡粘张量模型来模拟雷诺应力张量,从而更加符合雷诺应力演化的物理机理,这一模型有可能成为一个很有发展前景的封闭模型,从而更加准确地预测工业领域中广泛存在的非平衡湍流。

关键词：层析piv 拟序结构调制雷诺应力复涡粘系数非平衡湍流

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层析piv技术及其合成射流测量

中国科学：技术科学 2013年第7期43卷 828-835页

作者：高琪王洪平北京航空航天大学流体力学研究所流体力学教育部重点实验室北京100191

本文通过自主研发的层析piv技术实现了Re=315的合成射流三维测量.针对层析piv技术在测量强剪切速度场中存在的问题,在成像景深方向采用较小尺寸的判读体较好地获得了射流涡环的流场信息.同时对实验数据满足连续性方程的特性进行了研究,... 详细信息

本文通过自主研发的层析piv技术实现了Re=315的合成射流三维测量.针对层析piv技术在测量强剪切速度场中存在的问题,在成像景深方向采用较小尺寸的判读体较好地获得了射流涡环的流场信息.同时对实验数据满足连续性方程的特性进行了研究,发现相位平均对周期性流动有很好的平滑作用,能有效减弱测量流场的散度偏差,更好地满足连续性方程.由于合成射流的无量纲冲程长度L=6.3大于临界值4,因此在实验测量流场中观测到双涡环流动结构追逐并融合的现象,利用旋涡诱导理论能很好的解释主涡和次涡在融合前后速度和旋涡强度的变化规律.

关键词：层析piv 合成射流涡环连续性方程

水平淹没射流流场时空演化及其被动控制的实验研究

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水平淹没射流流场时空演化及其被动控制的实验研究

作者：余志强华中科技大学

学位级别：硕士

水平淹没射流在海洋学,建筑学以及环境工程学等领域均有着广泛的应用。深入了解其流场的时空演化特性以及被动控制技术的作用机制,对提升射流在工程应用中的综合性能具有重要意义。具体而言,本文开展了以下几个方面的工作:1、采用国产... 详细信息

水平淹没射流在海洋学,建筑学以及环境工程学等领域均有着广泛的应用。深入了解其流场的时空演化特性以及被动控制技术的作用机制,对提升射流在工程应用中的综合性能具有重要意义。具体而言,本文开展了以下几个方面的工作:1、采用国产化仪器创新性地搭建了一套既可用于三维流场测量(层析piv),又可用于二维可视化与速度场同步测量(LIF-piv)的实验测量系统。2、开展了不同雷诺数下(Re=1301,1714,2526)水平淹没射流流场演化的实验研究。通过对LIF-piv结果的分析,探究了Re对射流近场的涡环出现位置,频率,配对行为等的影响。随后,通过对Tomo-piv结果的分析,首次从三维实验层面系统性研究了由方位不稳定诱导的涡环变形、流向涡产生过程及其对射流混合的促进机制。3、开展了不同理查森数下(Ri=0.02,0.04,0.08,Re=1301)水平淹没浮力射流流场演化的实验研究。通过对LIF-piv结果的分析,率先研究了不同Ri对涡形成频率和配对行为的影响。同时,首次观察到由于涡环振荡现象,并发现其振荡主要由倾斜涡环局部配对所致。随后,通过对Tomo-piv结果的分析,研究了Ri增大对涡环局部变形位置,变形波数的影响,首次揭示了二次羽流的产生机制,并发现由涡环顶部形成的V形结构的自旋运动导致了低纵向速度区(停滞区)的出现。最后,首次阐述了浮力射流流动结构在近场区域的时空演化过程。4、开展了被动控制技术下水平淹没四导叶螺旋射流三维流场演化的实验研究。结果表明,当喷嘴旋流数S≥0.1时,射流四个扇区外剪切层开始形成周期性出现的螺旋涡。随后,对螺旋涡的基本形态、产生机制和演化过程进行了探究,并发现螺旋涡对射流夹带增强的具有重要作用。最后,首次探究了线性密度分层环境中四导叶螺旋射流的流动演化过程,并发现了扇区分离以及由于螺旋涡相互作用增强而导致的夹带增强现象。

关键词：水平淹没射流层析piv LIF-piv同步测量流动结构被动控制

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光场单相机三维流场测试技术

实验流体力学 2016年第6期30卷 50-58页

作者：丁俊飞许晟明施圣贤上海交通大学机械与动力工程学院燃气轮机研究院上海200240

将光场三维成像技术与实验流体力学相结合,实现单相机对空间三维瞬态流场(3D3C)的精确测量,为流体力学实验研究提供了一种全新的测试技术。详细介绍了具有自主知识产权的光场相机硬件系统、基于乘积代数重建技术(MART)的粒子光场图像重... 详细信息

将光场三维成像技术与实验流体力学相结合,实现单相机对空间三维瞬态流场(3D3C)的精确测量,为流体力学实验研究提供了一种全新的测试技术。详细介绍了具有自主知识产权的光场相机硬件系统、基于乘积代数重建技术(MART)的粒子光场图像重构算法以及基于光线追迹的数字光场图像合成算法。利用DNS数字合成图像以及低速射流实验图像,将所发展的光场单相机三维流场测试技术(Light Field Particle Image Velocimetry,LFpiv)与目前最成熟的三维流场测试技术层析piv(Tomographic Particle Image Velocimetry,Tomo-piv)进行对比研究分析。实验结果表明LF-piv技术完全能达到与Tomo-piv同等量级的测量精度。

关键词：光场piv 光场相机单相机三维piv 层析piv

基于空间激光诊断技术的旋流预混火焰稳定性机理研究

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基于空间激光诊断技术的旋流预混火焰稳定性机理研究

作者：张帅大连理工大学

学位级别：硕士

针对贫燃预混燃烧(Lean Premixed Combustion)吹熄不稳定性问题,本文主要采取实验研究手段,开展了旋流空间流场特征与火焰脉动特征耦合作用下的稳定性机理研究。本文联合处理了旋流预混火焰和空间速度场的交互作用,克服了先前对于此问... 详细信息

针对贫燃预混燃烧(Lean Premixed Combustion)吹熄不稳定性问题,本文主要采取实验研究手段,开展了旋流空间流场特征与火焰脉动特征耦合作用下的稳定性机理研究。本文联合处理了旋流预混火焰和空间速度场的交互作用,克服了先前对于此问题的研究方法:单纯开展对火焰图像的测量或仅对流动特征的测试。本论文主要工作如下:(1)完善了贫燃旋流燃烧诊断平台,主要包括燃烧室系统、层析piv系统和OH*自发光系统。并基于此实验平台开展了各类入口条件下(雷诺数、旋流数、当量比)的反应条件和非反应条件下的旋流场内流动实验,编制了旋流预混燃烧火焰图像-流场联合处理程序。(2)完成了旋流速度场的空间特性提取与表征,验证了三维速度场的准确性和有效性。并并分析了旋流场中的明显的分区结构,位于燃烧室内紧靠喷嘴处的中心回流区(IRZ)、剪切层区域(SL)以及部分外回流区(ORZ)。研究了雷诺数对于旋流场内湍流动能和耗散率的影响规律,对比了雷诺数对于场内涡结构的影响规律。研究发现高雷诺数会使旋流内入口处涡流运动增强,表现为回流速度增大、中心回流区变宽;并对三维速度场内湍流动能和耗散率分布规律进行了研究,发现在剪切层两侧数值较高,雷诺数高的工况下,场内湍流动能和耗散率也会明显增高。(3)完成了对旋流预混火焰的诊断和提取工作。研究了贫燃旋流预混火焰结构的影响因素,对不同湍流强度下的甲烷/空气预混火焰失稳特性进行了研究,研究了旋流强度对旋流预混火焰临界吹熄当量比的影响规律。研究发现火焰宏观结构会随着当量比的降低经历多个变化阶段,而且提高旋流强度能有效降低吹熄当量比。(4)结合编制的算法分析了贫燃旋流预混火焰和流场耦合作用规律,对火焰结构特性参数熄灭拉伸率和火焰受到的拉伸应变率进行了定量分析。对不同当量比条件下,贫燃旋流预混火焰的稳定性规律进行了详细分析,揭示了流动对贫燃旋流预混火焰失稳的影响机制,计算了场内?/? 随当量比、旋流强度的变化规律,发现随着当量比的降低该值会逐渐增大,在当量比为0.5-0.6时会发生突跃。而且在统计?/? 占比时发现当占比超过55%时火焰会发生失稳。另外分析了涡和火焰的耦合作用规律,发现最大的应变率总出现在高涡度区域附近,也就是火焰边界靠近钝体出口的地方;这表明局部熄灭将削弱钝体稳定机制,并导致火焰的整体颈缩。当火焰颈缩发生时,有更多的局部火焰位置经历高应变速率量级,这进一步促进了向整体熄灭的过渡。本文工作为贫燃旋流预混火焰吹熄问题提供了研究基础及思路,并能为火焰失稳预判提供借鉴,能为优化当前贫燃旋流预混燃烧室提供参考。

关键词：层析piv 拉伸率吹熄火焰宏观结构旋流

非细长三角翼动态俯仰非定常力学性能水槽实验研究

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