基于PIV测量技术的变曝气量下气液两相流速度场研究

粒子图像测速技术(PIV)作为一种无扰的全流场速度测量手段,在多相流研究领域具有较高的学术意义和实用价值。本研究针对曝气过程中的复杂气液两相流动,使用高速摄影机获取气液两相流流场的高帧图像,再通过图像预处理手段及PIV测速算法得到气液两相流速度场信息,并对不同工况下气液两相流的流态流速规律进行了研究分析。本文提出的图像预处理方案,通过采用图像的运动目标分割、降噪与反相等手段进行图像预处理,可以有效地减少后续速度场计算中的信息量及误差。研究结果为工业生产过程中有效提高曝气效率提供了重要的参考依据。     

曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟

气液两相流广泛存在于水利工程、废水处理等领域,其在气液装置中的流型流态及速度场分布可直接影响装置运行效能。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对圆柱形气液装置进行PIV实验,获得了准确的气液两相流气相速度场分布;在充分考虑湍流、曳力、升力、湍流分散力等作用下,采用欧拉-欧拉双流体模型和气泡群平衡模型对气液两相流流场进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行验证,所得结果误差控制在10%左右。结果表明,本文提出的模拟方法在气液两相流模拟中能够得到较准确的两相流动规律和速度场分布情况。     

两维两相流数值模拟的有限元与边界元解法

两维两相流数值模拟是油藏数值模拟领域内需要进一步研究的课题。本文针对多孔介质内两相流体的平面渗流问题，给出了一种精度较高的边界元方法和三角剖分的有限元方法联立求解方法，得到好较好的结果，为两维两相流数值模拟研究提供了又一途径。     

基于固液两相流模型的泥石流流速垂向分布研究

泥石流流速的垂向分布是泥石流运动理论中的核心问题之一。以固液两相流模型为基础,分析了泥石流中两相速度相等与不等条件下的本构关系和泥石流流速垂向分布的计算方法;在二维恒定均匀流的条件下,考虑两相之间的相互作用,推导层流和紊流流态下泥石流中液相和固相速度的垂向分布公式,并采用不饱和水石流的试验数据进行了验证。结果表明:泥石流两相之间的速度差异是描述两相之间相互作用的根本所在;泥石流固相浓度与本构关系中的模化参数均有关联,是流速垂向分布计算中的重要参量;基于两相流模型的泥石流流速垂向分布公式比现有公式更具普遍意义,且其计算结果能与试验数据较好吻合。     

近自由表面翼型尾流速度场的PIV测量及POD分析

翼型的流场结构对地效飞行器气动特性有着重要影响,针对这一问题,该文介绍了在风浪槽中进行的近自由表面翼型的流场PIV试验测量及其试验结果.实验分别测量了翼型与自由表面不同间距的多种工况下,零攻角NACA0012翼型尾流速度场随时间的演化过程,并将同一间隙条件下连续采集的瞬态速度场结果进行时均统计分析,获得了尾流的时均速度场等信息,用于对比分析翼型与自由表面不同间隙时的流场结构特征.实验结果表明,随着翼型与自由表面间距的不同,翼型尾流场的流动结构和气流在翼型表面的分离特性发生明显的变化,进而可能引起作用于翼型的气动力的变化.而后将本征正交分解POD (Proper Orthogonal Decomposition) 方法应用于PIV瞬态速度场的后处理,研究分析了翼型尾流各本征模态下的湍流结构.结果显示低阶本征模态中存在明显的相干结构,且大尺度的流动结构与流场中绝大部分的能量分布直接相关,而高阶本征模态代表了流动的小尺度结构.     

稀薄气－固两相流中相间的相互作用模型

本文以稀薄气－固两相湍流流动为研究对象，推导并模化了考虑固体颗粒存在时，气相的湍流模型方程，在拉格朗日方法中实现了气－固两相间动量、湍动能的相互作用。尤其是提出当量密度及当量耗散系数两个概念后，使模型方程的型式等同于标准Ｋ－ε模型，很适合工程应用。而气相对粒子湍流扩散的影响则由类似于布朗粒子扩散的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法来描述，实现了对确定性轨道模型的修正。最后，对颗粒在网格后均匀湍流中的扩散规律及圆管内的气－固两相湍流进行了数值模拟，表明本文提出的模型及方法很有工程应用价值。     

两相三继电器方向过流保护接线的探讨

对两相三继电器方向过流保护接线的性能、存在的问题进行了分析，提出了改进措施，以便于设计保护时参考。     

单一粒径均匀悬浮固－液两相流中球泡的动力学方程

本文以Ｅｌｇｈｏｂａｓｈｉ和Ａｂｏｕ－Ａｒａｂ提出的固－液两相流动方程作为描述液体相运动的控制方程，以拉格朗日形式下的球形颗粒在液流中的运动方程作为描述固体颗粒相运动的基本方程，建立了固－液两相流中的泡动力方程及在球泡溃灭时间τｃ＊和固体颗粒动力响应驰豫时间τｒｅｌ＊分别为τｃ＊＞＞τｒｃｌ＊和τｃ＊＜＜τｒｅｌ＊两种极端情况下的简化方程。     

两相三继电器方向过流保护接线的探讨

通过分析两相三继电器方向过流保护接线的性能，存在问题及改进措施，以便于设计保护时作参考。     

曝气池中气液两相流粒子图像测速技术

在粒子图像测速原理的基础上研究了基于快速傅立叶变换的粒子图像测速算法,并编制算法程序进行验证。通过试验研究了气液两相流在曝气池试验装置中的流动情况,应用粒子图像测速技术对装置中3种状态下气液两相流的运动参量进行测量,获得了各种流体运动参数,并应用粒子图像测速程序进行计算分析。试验结果表明当气液两相流处于状态3时,气泡在装置中具有最长的停留时间和较大的速度紊动强度,氧转移速率和效率大大提高,这为曝气池选型提供了依据。     

梭锥管混浊流体分离装置流场PIV 测试及分析

利用粒子图像测速技术,测试了两种工况下梭锥管混浊流体分离装置（简称梭锥管）内的水沙两相流的速度场,给出了梭锥管内泥沙运动的流速矢量分布及流速大小云图。对测试结果的分析表明,实测结果与理论分析结果一致。含沙水流进入梭锥管后,其内设置的多层锥圈把泥沙沉降区域分割成若干个沉降距离较短且相互独立的沉降空间,缩短了泥沙的自由沉降距离。相邻锥圈组成的水沙分离空间内,形成了沿锥圈上表面向下运动的泥沙流和沿锥圈下表面向上运动的清水流,使分离后的泥沙流和清水流沿各自独立路径流动,泥沙流流入排沙装置中心的排沙通道,而清水流流入装置边壁处的清水流通道,相互之间无混掺和干扰,加快了水沙分离速度。     

封闭缸体内旋转圆盘流动的PIV测试研究

本文使用PIV(Particle Image Velocimetry)测试方法对封闭缸体内的旋转圆盘间流动进行了测量与分析.旋转盘间流场轴向间隙和转速可调,隙径比G的范围在0.0375至0.3750之间,旋转雷诺数ReR范围在1.6×105至1.0×106之间.实验得到了盘间各轴向截面上的平均流动信息.对比M.Itoh等人(1992)使用热线测量的数据(G=0.08,ReR=1.0×106),核心区内平均周向速度分布规律吻合,但在小半径和大半径处有一定差别.通过讨论了核心区内部周向速度分别与r、ReR、G的关系,得到了封闭缸体内旋转圆盘流动K值和近壁面剪切层厚度的变化规律.     

基于小波能量特征的气液两相流流型识别方法

应用小波分析对流型的动态压差波动信号进行分析、提取特征,然后将小波能量作为改进BP神经网络的输入,提出一种新的流型识别方法,并用实验数据验证了该方法的正确性和有效性。     

循环流化床环核结构速度分布PIV测试

利用粒子图像测速仪（PIV）对循环流化床中颗粒流场进行了系统的实验研究。运用适合于高粒子浓度的最小方差法（MQD）图像处理算法得到了截面内典型环核流动颗粒速度矢量场。采用速度矢量场的方法可以确定出环核结构分界。定量上获得了不同时刻颗粒轴向上升和下落平均速度大小及沿床径向分布特性。在统计颗粒轴向上升速度和下落速度代数和基础上,获得了总体上颗粒轴向速度沿床径向在整个截面内形成抛物线型的环核分布规律。     

固液两相流中颗粒浓度分布统一公式的研究

在固液两相流中,固体颗粒的浓度是随高度的变化而变化的,为表征这种变化,倪晋仁等提出了一个积分形式的浓度分布统一公式。该公式虽很有意义却并未有人给出解析解。通过使用变量代换和分解等数学手段,首先对统一公式进行求解,得出该公式的解析解,然后利用已有的实验数据和数值手段计算出公式中参数n的值,初步总结出影响n值的主要因素。     

一种基于互相关的三维PIV图像处理方法

本文建立了一种基于互相关技术的三维PIV图像处理方法，在该方法中，建立了粒子图像坐标与空间坐标的关系式；利用互相关技术构成连续两时刻三维空间粒子的对应方法；通过图像粒子的标定，照相机系统的标定，粒子空间坐标的确定，连续两时刻空间粒子的对应，误对应速度向量的判断和消除步骤，形成了一个完整的三维PIV图像处理系统。将本方法运用于日本可视化协会（VSJ）提供的三维标准图像的处理，结果表明，无论是低粒子浓度图像还是高粒子浓度图都具有精度高，可靠性强的特点。