赵宇[1]2004年在《PIV测试中示踪粒子性能的研究》文中研究说明为了为以后的内燃机PIV流场测试中示踪粒子的选取找出一条理论依据，本文从现有理论出发，采用理论与实践相结合的原则，探索了粒子在内燃机燃烧室流场中跟随性的存在条件以及其影响因素之间的定量规律。深入学习现有PIV测试技术方面的知识和内燃机燃烧室内流场理论，在研究的基础上进行理论分析，对试验结果进行分析、归纳并总结规律，对原有理论进行必要的修改和发展。详细分析了示踪粒子在燃烧室内运动受力的情况，建立了示踪粒子在内燃机燃烧室中的力学模型，提出了内燃机燃烧室内流场的PIV测试中示踪粒子跟随性的判别方法。 通过对一些试验获得的内燃机汽缸内流场的PIV照片的分析，和理论模拟的结果相对照，结果表明，内燃机燃烧室中流场的PIV测试结果的好坏与示踪粒子的直径、密度和散光特性有直接关系。提出了示踪粒子发生的一些方案，并在对其中的两个方案进行了的验证，取得了令人满意的结果。 本文所进行的理论分析和试验研究工作，丰富和完善了内燃机燃烧室内流场的PIV测试，为进一步完善内燃机燃烧室内流场的PIV试验和理论提供了良好基础。
刘洪, 陈方, 励孝杰, 郑忠华, 肖保国[2]2016年在《高速复杂流动PIV技术研究实践与挑战》文中进行了进一步梳理粒子图像测速技术目前已经发展成为实验流体力学领域应用最广泛的非接触激光测试方法之一,为认知复杂流动机理提供直观的流场信息。本文基于超声速流场PIV技术研究实践,针对示踪粒子布撒器设计、粒子松弛特性模型构建、激波流场测试分析、超声速平板湍流边界层结构分析等方面具体问题的研究和认识,从理论、定量化的角度深入分析了应用于超声速流场PIV技术现阶段依然存在的问题。从应用于超声速流场PIV技术的原理出发,针对高速复杂流场的PIV测试现状,总结了应用于超声速流场PIV技术发展过程中的光学部件、示踪粒子及布撒系统所遇到的一系列挑战,以及国内外利用PIV技术在高速复杂流场研究中所取得的成就,针对PIV技术能否适用于高超声速流场的测量做了系统化地探索。并根据实践经验提出了应用于超声速流场PIV技术未来的发展方向:通用的精确的PIV方法不存在,必须从具体研究的流动机理角度改造相应的PIV测试手段。
李亚林, 袁寿其, 汤跃, 袁建平[3]2012年在《离心泵内流场PIV测试中示踪粒子跟随性的计算》文中研究表明示踪粒子的选取依据不同的流场而不同,对于离心泵内流场合适的示踪粒子是保证PIV试验精度的关键.基于固液两相流理论,重点考虑黏性阻力和旋转因素对粒子的影响,对离心泵内部湍流场中的示踪粒子进行了受力分析.然后在BBO方程基础上引入外部势力,建立了离心泵内流场中示踪粒子的拉格朗日运动方程,并采用Fourier积分变换的数学方法首次推导出适应于离心泵内流场的PIV测试用示踪粒子跟随性计算公式.利用离心泵内流场的PIV测试结果采用相平均处理的方法计算了试验所用的示踪粒子的跟随程度,计算结果表明:粒子径向的跟随性比周向差,选择示踪粒子时优先考虑径向的跟随性;而由于离心泵叶轮旋转和曲率的影响,即使采用相平均处理,粒子的速度也不代表水流速度,粒子跟随性最大偏差度为4.55%.计算结果可以检验所用示踪粒子的可靠性,为离心泵内流场选取合适的示踪粒子提供理论依据.
梁桂华[4]2007年在《柴油机缸内流场的PIV技术应用研究及数值模拟》文中研究指明内燃机诞生一百多年以来,以其高的热效率在热动力机械中占据榜首。当前,完善内燃机尤其是柴油机的高效燃烧、清洁排放仍然是保证其继续发展的重要任务。内燃机缸内过程的进行,包括燃烧与排放的各个阶段,无一不是基于缸内工质的流动,因而对内燃机缸内流动的研究,实际上也是对内燃机全面研究的基础。在这一研究领域,实验、数值模拟都缺一不可,本文在这两方面进行了研究。在柴油机缸内流动的测试方面,PIV技术的先进性是克服了此前其他测试仪器对缸内流动测试的单点、非瞬态和对流场有干扰的缺点,因而成为研究者期待已久的测试手段。它在测试柴油机缸内流场时可以取到的瞬时、全场和无干扰的结果使得PIV技术成为当今流动测试的标准技术。所以,研究和使用这一技术成为本文的一个主要内容。首先,本文研究了PIV原理并为在2135柴油机上进行缸内流场的测试而组建了倒拖条件下的实验台。其次,为在汽缸盖上安排PIV拍照和取景窗孔去挖掉排气阀而设计制作了保证原运动规律的新排气系统。第叁,以流体力学和理论力学为基础,充分论述了进行PIV实验的另一关键技术即示踪粒子跟随性的两相流理论,借鉴描述颗粒运动的BBO方程,建立了示踪粒子跟随性的数学模型,提出了判别示踪粒子跟随性的标准。第四,本文在柴油机上进行PIV实验,首创了采用柴油雾化粒子取代其他示踪粒子,不仅依据严密,而且经实验验证,使用效果好,来源方便、经济。第五,因为PIV测试时必需用片光照射流场,故根据几何光学原理,设计制作了生成片光的透镜光组,同时借助于白光的衍射机理,采取措施而避开衍射干扰,完成了“片光”的产生和应用。第六,因拍摄缸内流场需要近景技术,本文设计、制作了固定式接圈,在测试中得到了缸内流场高质量的PIV照片。最后,根据CCD使用说明书,本实验自行设计、制作了电子同步控制系统和选择了PIV照片的后处理相关技术。上述为文中第二章内容。通过对PIV技术的研究及应用,本文得到了柴油机缸内流场测试的理想结果。而将相同拍摄条件的缸内流场进行数值模拟,以期二者的对比是本文的另一主要内容。对于数值模拟,计算机的诞生与发展,使得世界各国的内燃机研究机构纷纷将数值模拟应用于内燃机,并将各种复杂流动包括柴油机缸内过程的研究与PIV这一高新实验技术结合起来,这种互相验证、补益和推动使流动研究得到迅速发展。本文的数值模拟是以进行PIV测试的2135柴油机为代表,施以完整准确的结构数据、真实的边界条件,在进行科学合理的一些设定之后作了大量的模拟计算,得到了一些重要结论:①小型高速柴油机进气冲程在高涡流比下进行,其进气角度一般是压缩冲程的2倍以上,较长时间的进气历程以及在生成高涡流比的进气道和非对称布置的进气阀作用下,缸内进气与压缩冲程的流动一直受进气涡流的惯性影响而呈现出很好的流动规律性。②受进气涡流影响和压缩冲程的连续作用,喷射阶段的油束和燃烧阶段的各个火焰团都随涡流惯性而围绕汽缸中心线转动。⑧相同转速下,不同结构燃烧室的缸内流场和速度变化非常相似;而不同转速条件下即使燃烧室形状相同,其流场图形和速度的变化也很明显。此段见文中第叁章内容。比较与分析两种研究方法的结果得到:一、PIV测试结果与采用k-ε数学模型所作的数值模拟结果具有定性上的相同,二者的缸内径向流场在压缩冲程的后期都呈现出对称于汽缸中心的一个大的旋流涡。二、PIV测试结果揭示:压缩冲程的径向流场在保持大的旋流涡的宏观图形下其流场分析图片始终都有微涡存在,此点与数值模拟(采用k-ε数学模型时)得到的结果略有不相同。该部分见文中第四章内容。
梁桂华, 赵宇, 许诺, 张卫东[5]2005年在《柴油作为内燃机PIV测试中示踪粒子的论证分析》文中研究指明通过对PIV测试中示踪粒子选择原则的讨论,并与其他示踪粒子相比较,主要从示踪粒子应具备的光学性能、运动跟随性、布撒均匀性、环保安全性和经济适用性五个方面论证了柴油粒子作为内燃机PIV测试中的一种新的示踪粒子的可行性,得出柴油粒子是内燃机PIV测试中的一种较为理想的示踪粒子。
柯森繁, 石小涛, 王恩慧, 何慧灵, 胡晓[6]2016年在《简易粒子图像测速(PIV)技术开发与优化技巧》文中提出粒子图像测速(PIV)技术是一种瞬态流动平面二维速度场测试技术,在细部流场实测领域得到重视,但是成熟的PIV产品价格高昂。鉴于此,介绍了一种简易的PIV装置,主要由高速摄像机、激光发射器、柱面透镜和示踪粒子构成,以较低成本即可基本实现商业用PIV产品的功能。为了验证简易PIV性能,设计了PIV简易装置,采用Fluent软件模拟,并结合PIV技术对比分析了简易PIV装置的优缺点,同时对影响结果的粒径大小和粒子跟随性进行了优化。结果表明,简易PIV装置适宜选用玉米粉作为示踪粒子,并需要根据示踪粒子跟随性所能达到的最大进口水流速度选择高速摄像机的帧率,最终能够较好地实现流场实测,进而达到对PIV技术进行开发和优化的目的,其分析结果将为后续研究者提供参考。
金文[7]2010年在《微灌滴头微通道内流流场实验研究与数值模拟》文中认为微灌是一种高效节水灌溉技术,滴头是微灌系统的核心部件之一,滴头内流道结构特征直接关系到滴头的性能,决定着微灌系统的优劣。揭示微灌滴头微尺度通道内流运动规律,对优化滴头流道结构设计、提高滴头性能具有重要意义。采用Micro-PIV技术分别对600μm×6000μm和800μm×800μm两种方形断面的直通道和平角、尖角和圆角叁种齿形微通道在Re=80-300区间内流流场进行实验研究。获得了各流动工况下的流场流线图、速度矢量分布图及速度云图。实验采用Mini:YAG双脉冲激光器、14位灰阶的CCD相机、10倍显微物镜、3μm荧光示踪粒子和仅允许610nm红光透过的滤光镜相配合,通过解决相机与PIV系统的匹配问题,提高了图像信噪比,获取了清晰的微尺度流场粒子图像。并且,通过图像处理技术获得了各流动工况下的流场流线图、速度矢量分布图及速度云图。在图像处理中使用多次测量取平均的方法消除示踪粒子的布朗运动影响,运用系综互相关算法获取微尺度流场分布。实验发现,微尺度流道的壁面粗糙度对内流流动有较大影响,且流道尺度越小,壁面粗糙度的影响越显着；叁种齿形微通道内流流场在流道转向内侧都存在低速回流区,内含一个完整的涡；而在平角齿形微通道的左顶角部位另有一个较小范围的低速回流区,也有涡存在；在尖角齿形微通道的顶角区域有较大范围的回流区,并且内部存在大小不同、上下迭加、方向相反的两个涡,下部的大涡结构具有规律性,而迭加于上部的小涡流动结构不稳定,流速更低。低速回流区是固体颗粒容易沉积的区域,是造成堵塞的主要原因。采用在商用CFD软件-Fluent,通过人为设定壁面高相对粗糙度和将壁面粗糙元抽象为多孔介质两种方法对直管微通道流动进行建模,分别匹配Fluent提供的标准k-ε模型、RNG k-ε模型、realizablek-ε模型、标准k-ω模型和sst k-ω模型,逐一在Re=100和Re=300流动条件下,对600μm×600μm和800μm×800μm方形断面直管微通道内流流场进行数值模拟,并将计算结果与相同工况下直管微通道Micro-PIV实验结果进行了定量对比分析。结果表明：将微尺度通道壁面粗糙元抽象为多孔介质模型,采用Realizablek-ε两方程湍流模型能够更好的模拟微尺度管流流动,其中多孔介质层的厚度采用微尺度通道的壁面粗糙元厚度进行设定,多孔介质的粘性阻力系数和惯性阻力系数由多孔介质区域内的流态及阻力进行计算。利用推荐的微尺度流动数值计算方法,在Re=100和Re=300流动条件下,对平角、尖角和圆角叁种不同齿形结构的微灌滴头内流流场进行模拟计算。通过将模拟计算结果与相同工况下Micro-PIV实验测量结果的分析比较,证明了该微尺度模拟方法适用于复杂微通道内流流场的计算。由此进一步建立多种尺度下的平角、尖角和圆角叁种齿形流道结构的滴头模型,在Re=100、Re=200和Re=300流动条件下,采用推荐的微尺度流动数值方法进行模拟计算,将计算结果从微通道内流回流区分布,不同流道尺度、不同雷诺数下压力降变化,以及流态指数、流量系数比较等几个方面进行分析评价。结果表明：尖角齿形的流道结构作为微灌滴头内流道在工作性能上具有一定优势,但其尖角顶端的低速小涡区域容易沉积固体颗粒,因此对尖角齿形流道进行局部结构改造。从减少低速回流区和增大流动阻力两方面综合考虑,对尖角齿形流道的微灌滴头做出两种改造方案,一是斜削齿尖方法,二是圆弧削齿尖方法,对改造的流道分别建立滴头流道模型并数值计算其内流流动分布,通过计算结果评价分析获知,改造后的流道结构有助于提高微灌滴头工作性能。本研究得到国家“十五”科技攻关项目(2004BA901A21-4)的资助。
刘玥, 梁忠生, 鲍锋[8]2010年在《粒子成像测速——非介入式全场技术》文中研究指明粒子成像测速(PIV)作为一种新的流场测试技术,不同于传统的热线、探针、雷达等测速方法,是能够在不扰乱流场的情况下(非介入),迅速地捕捉到整个流场速度信息的测量技术。它的出现为复杂流场的研究提供了更直接有效的方法。本文介绍了粒子成像测速方法的工作原理,核心技术,讨论了PIV技术的发展趋势。
衡明亮[9]2009年在《纳米示踪粒子发生器技术及其相关实验研究》文中认为超声速、高超声速飞行器,特别是近空间飞行器是当前飞行器发展的热点之一,而对超声速、高超声速飞行器的实验研究离不开先进的流场精细结构测试技术。基于纳米粒子的平面激光散射技术(NPLS)是本研究小组在国际上首先开发出来的一种超声速、高超声速流动精细结构测试技术,NPLS技术不仅能够对超声速、高超声速流场进行流动显示,同时还能实现对流场的速度场和密度场的测量,其结果具有很高的时间空间分辨率。采用跟随性良好的纳米粒子作为示踪粒子是NPLS技术的关键。NPLS技术的先进性已在小型超声速风洞实验中得到证明,为把该技术推广到高超声速大型风洞的实验应用中,需要研制能够定量投放纳米示踪粒子的设备。如何定量提供纳米量级的示踪粒子是NPLS技术的难题,为解决这一难题,使NPLS技术得以推广,本文对如何定量提供纳米示踪粒子的方法进行了研究,设计了两套不同运行方式的纳米粒子发生器,并对其进行了调试和相关的实验研究。首先,进行了对撞式纳米示踪粒子发生器的设计。该设备采用两股超声速自由射流对撞的方式,通过超声速对撞射流产生的剪切力、粒子之间的碰撞力作用而破坏粒子之间的团聚效应,从而得到纳米粒径的粒子。在完成对该粒子发生器的参数设计、结构设计和强度校核后,采用NPLS技术对该粒子发生器的性能进行了实验调试。结果表明,采用超声速射流对撞方式设计的纳米粒子发生器能生成纳米粒径的粒子,同时还有一定数量的微米粒径的粒子存在,这些粒子在超声速流动中不能满足跟随性要求;由于存在高压引射现象,采用传统的螺旋杆投料的方式不能满足定量投料要求。其次,为了解超声速射流对撞瞬态流场的特性,设计了超声速射流对射装置。采用NPLS技术和PIV技术对超声速射流对撞瞬态流场进行了研究。NPLS技术实现了超声速射流对撞瞬态流场精细结构的清晰显示,对撞瞬态NPLS图像展示了超声速射流对撞瞬态流场的流动结构与特性。PIV技术实现了超声速射流对撞瞬态流场的定量测量,实验得到了射流对撞瞬态的速度场,速度场流线图清楚地展现了射流对撞中产生的涡环结构。这些为对撞式纳米粒子发生器的改进提供了理论依据。最后,为了使NPLS技术应用于某大型高超声速风洞实验测量,进行了高压流化式纳米示踪粒子发生器的设计。该设备采用流化床方式,通过在纳米粒子中加入分散剂,改变粒子间的相互作用,从而得到纳米粒径的粒子。该粒子发生器的设计包括参数设计、结构设计和强度校核等方面。对高压流化式粒子发生器进行了性能调试实验。采用斜激波响应实验测量了生成的纳米粒子的实际直径,采用NPLS技术实现了对斜劈超声速绕流流场精细结构的清晰显示,采用超声速PIV技术实现了对斜劈超声速绕流流场的定量测量。实验结果表明:高压流化床式粒子发生器达到设计要求。
唐榆东[10]2010年在《用PIV、LDV对天然气大流量计量的研究》文中研究说明能源是发展国民经济的重要物质基础。当前能源问题已成为我国国民经济中的一个突出问题。天然气作为一种清洁的能源,在世界各地已经得到了广泛的应用。天然气的计量工作是对天然气进行科学的管理的一项重要技术基础工作。天然气大流量计量是天然气计量中较为核心的部分,关系到了多方利益,对天然气的大流量计量研究有着非常重要的意义。本文通过对天然气流量计量的现有方法着手,较为详细地介绍了目前的天然气流量计所使用的方法,并从应用方法和实际的流量计设计方面,总结了各种方法的优缺点。从而引出将新的方法用于天然气流量计量的需求。本文从理论上分析了将PIV、LDV这两种先进的测量方法运用于天然气流量测量的可行性。在实际的试验中,按照安全规程,对天然气运输过程中常见的五种工况进行了详细阐述,并就这五种工况分别进行了PIV、LDV的现场测量。在得到测量数据后,通过对数据的详细分析,然后将测量值与喷嘴流量计和超声流量计对比,而得出用PIV、LDV对天然气流量的测量是完全可行的。最后通过这次课题的测量结果,描述了此次方法的创新点,根据此次的结果和现场遇到的问题,给出了相关的建议,并结合国外的相关文献,给出了下一步的工作建议。
参考文献：
[1]. PIV测试中示踪粒子性能的研究[D]. 赵宇. 大连理工大学. 2004
[2]. 高速复杂流动PIV技术研究实践与挑战[J]. 刘洪, 陈方, 励孝杰, 郑忠华, 肖保国. 实验流体力学. 2016
[3]. 离心泵内流场PIV测试中示踪粒子跟随性的计算[J]. 李亚林, 袁寿其, 汤跃, 袁建平. 排灌机械工程学报. 2012
[4]. 柴油机缸内流场的PIV技术应用研究及数值模拟[D]. 梁桂华. 大连理工大学. 2007
[5]. 柴油作为内燃机PIV测试中示踪粒子的论证分析[J]. 梁桂华, 赵宇, 许诺, 张卫东. 内燃机工程. 2005
[6]. 简易粒子图像测速(PIV)技术开发与优化技巧[J]. 柯森繁, 石小涛, 王恩慧, 何慧灵, 胡晓. 长江科学院院报. 2016
[7]. 微灌滴头微通道内流流场实验研究与数值模拟[D]. 金文. 西安建筑科技大学. 2010
[8]. 粒子成像测速——非介入式全场技术[J]. 刘玥, 梁忠生, 鲍锋. 中国科技信息. 2010
[9]. 纳米示踪粒子发生器技术及其相关实验研究[D]. 衡明亮. 国防科学技术大学. 2009
[10]. 用PIV、LDV对天然气大流量计量的研究[D]. 唐榆东. 西华大学. 2010