基于统计平均法的测风站湍流模型LDA测试研究

摘要

风速测试是矿井通风的基础参数测试，矿井风速的研究对于计算井下巷道瓦斯，火灾气体，粉尘运移规律，温度、湿度分布等具有重大意义。然而，通过大量实际测量发现，矿井风速总是处在一定的波动变化之中，即使是我们通常认为风流相对稳定的测风站，其风速也常常出现波动，这就是我们通常所说的巷道风流参数的测量存在的“测不准”现象。究其原因，是由于矿井风流中绝大多数都属于湍流，湍流的随机和脉动特性所致。
　　为了彻底解决“测不准”问题，就必须直面湍流本质进行研究。本文通过阅读大量文献，了解湍流的本质和研究方法，确定采用激光多普勒测速仪(LDA)对矿井测风站模型的三维风速场进行非接触非协同测试，获得随机脉动三维瞬时风速值，分析证明测风站速度具有随机性且服从正态分布。并分别采用时间平均和概率平均对测试数据进行分析，得到时间平均和概率平均尺度，将时间平均和概率平均加以对比，发现两者存在一定的偏差，最后分析得出两者存在偏差的主要原因是示踪粒子浓度不均匀。这为后续研究更复杂的湍流奠定理论基础，同时对于改进测试手段提供参考。得到的时间平均和概率平均尺度为井下测风站测试实验确定取样时间和取样密度提供了依据，也为基于湍流平均的井下智能测风仪器的研发提供了基础参数。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 湍流的研究方法

1．2．1 解析法

1．2．2 实验研究方法

1．2．3 数值模拟方法

1．3 湍流速度测量方法

1．3．1 热线风速仪(HWFA)

1．3．2 激光多普勒测速仪(LDA)

1．3．3 粒子图像测速仪(PIV)

1．4 LDA在湍流测量中的应用

1．5 湍流的本质及统计方法的可行性

1．6 本文研究内容

2 湍流的统计平均方法

2．1 随机变量分布及其检验

2．2 正态分布及其检验

2．2．1 正态分布

2．2．2 正态性检验

2．2．3 正态性检验方法的比较

2．3 湍流的统计平均方法

2．3．1 时间平均法

2．3．2 空间平均法

2．3．3 概率平均法

2．3．4 各态遍历假设

3 实验装置介绍

3．1 激光多普勒测速装置及各部件工作原理

3．1．1 激光器及其冷却系统

3．1．2 分光系统

3．1．3 激光发射和接收探头

3．1．4 信号处理器和光电倍增管

3．1．5 三维坐标架

3．1．6 主控计算机

3．2 测风站模型的LDA测试实验

3．2．1 测风站模型介绍

3．2．2 实验测试方案

3．2．3 实验操作步骤

4 测试结果处理与分析

4．1 测点风速变化规律

4．2 测点风速分布类型

4．3 湍流的统计平均法

4．3．1 时间平均

4．2．2 概率平均

4．2．3 时间平均和概率平均的对比

4．4 数据的采集速度

结论

展望

参考文献

作者简历

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