气固两相圆湍射流拟序结构的PIV测试及研究

摘要

湍流拟序结构是流体力学中的经典难题之一.圆湍射流包含着由于剪切层K-H不稳定性触发的丰富的拟序结构,是组成旋流射流、燃烧室流动等复杂流动及工程流动广泛涉及的基本流动,因此开展两相圆湍射流拟序结构的研究既有重大的学术价值,又是工程应用的迫切需要.各种现代的研究方法和技术手段如实验观测、理论分折、数值模拟等都一齐被用来研究这个问题,其中每一种都有它的重要作用和地位,不可能被其它手段完全取代.在国家自然科学基金的资助下,本文在系统、全面地回顾和总结近30年来两相湍流拟序结构研究现状以及PIV技术发展现状的基础上,率先运用PIV技术和热线风速仪等手段对水平两相圆湍射流拟序结构进行了相关的研究.取得了一些具有理论意义和实际应用价值的成果,在一定程度上填补了国内对两相湍射流研究的空白.本文首先建立了两相圆湍射流拟序结构的实验系统,完成了对圆湍射流拟序结构演化的显示和观测.得到了典型工况下的流态图以及相关的数据,分析了圆湍射流的变化规律.本文的另一个研究重点是两相圆湍射流中颗粒相与气相拟序结构的相互作用的特征以及运动学和动力学的规律.通过在不同组合工况下(颗粒粒径分别为30±10 μ m、75±10 μ m、125±μ m,填装比分别为η=10%、η=20%、η=30%,雷诺数分别为Re=3190、Re=6230、Re=10010)的实验,得到了大量的静态和动态的图象以及相关的宝贵数据.分析了两相湍射流中颗粒相在气相拟序结构和重力作用下的运动特征;揭示了St数的变化、填装比η的变化以及Re数的变化对两相射流中颗粒相运动的影响;研究了从射流中心到射流边缘不同轴向截面上的颗粒的运动特征.本文运用流场显示技术、PIV技术和热线风速仪通过实验得到了大量的两相圆湍射流拟序结构演化的静、动态图片以及相关的数据,并对数据进行了分析,对两相圆湍射流进行了较深入地研究了.为建立数学物理模型、检验数值模拟结果以及实际的工程应用提供了依据和参考.

目录

资助

致谢

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

§1.1课题背景

§1.2湍流拟序结构

§1.3研究湍流拟序结构的重要意义

§1.4圆湍射流拟序结构的研究进展

§1.4.1单相圆湍射流的拟序结构研究

§1.4.2两相湍流的研究

§1.5 PIV测试技术

§1.5.1 PIV测试技术的发展

§1.5.1图象处理算法

§1.5.3 PIV用于气固多相流场测试现状

§1.6本文研究工作

第二章两相圆湍射流拟序结构实验系统

§2.1实验台介绍

§2.2实验工况及参考坐标系

§2.2.1实验工况

§2.2.2参考坐标系

§2.3本章小节

第三章两相圆湍射流实验结果

§3.1单相圆湍射流的实验结果

§3.1.1单相圆湍射流各横向截面数据分析

§3.1.2单相圆湍射流拟序结构的观测

§3.2两相圆湍射流的实验结果

§3.2.1颗粒st数的影响

§3.2.2填装比η的影响

§3.2.3 Re数的影响

§3.2.4不同轴向截面处的实验数据分析

§3.3本章小节

第四章全文总结

§4.1本文总结

§4.2研究展望

参考文献