實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)

1、第一題在文獻(xiàn)1中，作者通過流場(chǎng)壓力測(cè)量計(jì)算渦街的脫落頻率，對(duì)壓電式和差壓式壓力傳感器的渦街流量計(jì)進(jìn)行了性能評(píng)估和比較，并提出了改進(jìn)渦街流量計(jì)精度和進(jìn)行計(jì)量誤差分析的一些建議。原始信號(hào)為包含了各種擾動(dòng)和誤差的高頻離散序列信號(hào)。信號(hào)后處理采用了基于功率密度譜的自相關(guān)函數(shù)衰減率法、基于經(jīng)驗(yàn)的模態(tài)分解等數(shù)學(xué)算法處理誤差。圖1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖(1.水泵，2.閥門，3.渦街流量計(jì)，4.差壓傳感器，5.水箱，6.支架)圖1.2 在雷諾數(shù)為時(shí)對(duì)差壓式傳感器的的基于經(jīng)驗(yàn)的模態(tài)分解圖1.3 無(wú)流動(dòng)時(shí)的傳感器響應(yīng)功率譜密度 (a為壓電式壓力傳感器，b為差壓式壓力傳感器)參考文獻(xiàn)：1 A. Venugopal,

2、Amit Agrawal, S.V. Prabhu, Performance evaluation of piezoelectric and differential pressure sensor for vortex flowmeters, Measurement, 50 (2014) 1018第二題(1)LDV中，靜止的傳感器接收的光其頻率與兩個(gè)光源的原始頻率之間關(guān)系為 當(dāng)兩光源頻率均為時(shí)，則有流向可根據(jù)傳感器接收光的多普勒頻移進(jìn)行判斷，對(duì)于固定點(diǎn)可由光源頻率和位置以及頻移計(jì)算出速度大小、方向。PIV測(cè)量通過對(duì)不同時(shí)間段的成像去除背景僅保留粒子本身后進(jìn)行圖像的粒子互相關(guān)算法可自動(dòng)判斷流動(dòng)

3、方向。(2)文獻(xiàn)1同時(shí)采用PIV和LDV測(cè)量技術(shù)進(jìn)行流場(chǎng)測(cè)量，原因在于LDV測(cè)量的單點(diǎn)精確度很高但是不能獲取流場(chǎng)全局信息，PIV測(cè)量可獲取流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于湍流等高速?gòu)?fù)雜運(yùn)動(dòng)流場(chǎng)來(lái)說時(shí)間分辨率太低，需要兩者結(jié)合使用。作者采用點(diǎn)參考全局相關(guān)(PRGC)算法進(jìn)行平面共軸射流的湍流場(chǎng)分析，其結(jié)果和實(shí)際計(jì)算較為吻合。同時(shí)其PRGC算法對(duì)于信號(hào)的噪音來(lái)源也有一定預(yù)測(cè)能力，并大幅減少對(duì)測(cè)試設(shè)備和數(shù)據(jù)后處理的要求。圖2.1 文獻(xiàn)1的實(shí)驗(yàn)噴嘴位置圖2.2 文獻(xiàn)1的光路示意圖圖2.3 文獻(xiàn)1的時(shí)間相關(guān)函數(shù)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果對(duì)照?qǐng)D2.4 文獻(xiàn)1的沿出口向速度分布文獻(xiàn)2對(duì)于繞方柱體的空氣湍流流動(dòng)的大渦模擬計(jì)算和實(shí)

4、驗(yàn)的PIV測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了結(jié)合，得出結(jié)論。在數(shù)值模擬過程中，首先在入口處生成一個(gè)湍流并由PIV測(cè)量獲取數(shù)據(jù)，之后再將PIV測(cè)量數(shù)據(jù)作為邊界條件給計(jì)算機(jī)進(jìn)行LES計(jì)算，并和已公開的其他實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。圖2.5 文獻(xiàn)2的LES計(jì)算域網(wǎng)格圖2.6 文獻(xiàn)2的LES計(jì)算結(jié)果和其他公開實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較(a.平均流速，b.速度脈動(dòng)量，c.雷諾應(yīng)力項(xiàng)，d.邊界層功率譜密度)圖2.7 文獻(xiàn)2中修改邊界條件后的LES計(jì)算和公開實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比參考文獻(xiàn)1 F. Kerhervé, J. Fitzpatrick, J. Kennedy, Determination of two-dimensional spacet

5、ime correlations in jet flows using simultaneous PIV and LDV measurements, Experimental Thermal and Fluid Science, 34 (2010) 788-7972 Yusuke Maruyama, Tetsuro Tamura, Yasuo Okuda, Masamiki Ohashi, LES of fluctuating wind pressure on a 3D square cylinder for PIV-based inflow turbulence, Journal of Wi

6、nd Engineering and Industrial Aerodynamics, 122 (2013) 130-137第三題PLIF方法技術(shù)原理為利用某些物質(zhì)在溶解于流體中后，在某個(gè)特定頻率激光照射下會(huì)發(fā)射熒光的性質(zhì)使流場(chǎng)某個(gè)斷面的結(jié)構(gòu)靠激光照射后的熒光顯示出來(lái)。在文獻(xiàn)1中，作者利用PLIF和PIV聯(lián)合測(cè)量技術(shù)獲取了不同雷諾數(shù)下的反應(yīng)容器內(nèi)流場(chǎng)形態(tài)和速度分布，并和計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其吻合度較好。圖3.1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖圖3.2 PIV和PLIF圖像(Re=1000，t=10min，a.原始PIV圖像，b.原始PLIF圖像，c.后處理后PIV圖像，d.后處理后PLIF圖像)由于

7、雷諾數(shù)很小，流場(chǎng)為層流特征。從圖片可知，其流動(dòng)主要集中在軸線和固體界面處，且在遠(yuǎn)離水平界面的地方其速度以豎直方向?yàn)橹?，水平分量較小。其流動(dòng)以反應(yīng)容器的轉(zhuǎn)動(dòng)和容器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)為主要推動(dòng)力量。圖3.3 實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的速度結(jié)果對(duì)比(a.Re=1000，b.Re=1500，c.Re=1700，d.Re=2000，e.Re=2300)參考文獻(xiàn)1Irene Sancho, Sylvana Varela, Anton Vernet, Jordi Pallares, Characterization of the reacting laminar flow in a cylindrical cavity w

8、ith a rotating endwall using numerical simulations and a combined PIV/PLIF technique, International Journal of Heat and Mass Transfer, 93 (2016) 155-166第四題低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段結(jié)構(gòu)上特點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)段截面積最小，流動(dòng)特征為氣流速度和壓力均勻性好，湍流度極低。在文獻(xiàn)1中，作者通過理論分析、計(jì)算機(jī)上LES計(jì)算和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)合來(lái)研究風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)特性和氣動(dòng)聲學(xué)特性。在實(shí)驗(yàn)上，風(fēng)洞只是一部分，其成像由PIV測(cè)試技術(shù)得到。將同一條件下的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果進(jìn)行比

9、較，發(fā)現(xiàn)其契合度較好，計(jì)算結(jié)果真實(shí)可靠。圖4.1 速度的模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖4.2 渦量的模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比(a.計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，b.PIV成像)參考文獻(xiàn)1Kun Luo, Sanxia Zhang, Zhiying Gao, Jianwen Wang, Liru Zhang, Renyu Yuan, Jianren Fan, Kefa Cen, Large-eddy simulation and wind-tunnel measurement of aerodynamics and aeroacoustics of a horizontal-axis wind turbine, Renewa

10、ble Energy, 77 (2015) 351-362第五題(1)流場(chǎng)的相似包括幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、力學(xué)相似三個(gè)要求。可通過包含流動(dòng)特征的無(wú)量綱數(shù)是否相等判斷是否兩個(gè)兩個(gè)流場(chǎng)動(dòng)力相似。選擇相似準(zhǔn)則，要求在幾何相似的前提下，根據(jù)流動(dòng)性質(zhì)保證對(duì)流動(dòng)起主要影響的無(wú)量綱數(shù)相等，忽略次要影響因素。(2)量綱分析是指通過對(duì)相關(guān)物理量做量綱冪計(jì)算，并將其組合為無(wú)量綱數(shù)，用無(wú)量綱數(shù)代替有量綱數(shù)，找到物理量之間的聯(lián)系，減少變量，指導(dǎo)研究和實(shí)驗(yàn)。在文獻(xiàn)1中，作者首先對(duì)于多孔介質(zhì)中的兩相流動(dòng)和微粒輸運(yùn)現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模得到有量綱的基本控制方程和相應(yīng)的邊界條件。之后將其轉(zhuǎn)化為無(wú)量綱形式，并引入若干無(wú)量綱數(shù)，對(duì)其進(jìn)行量級(jí)分析得到各個(gè)無(wú)量綱數(shù)的變化趨勢(shì)、相互作用關(guān)系和對(duì)于流動(dòng)的影響。參考文獻(xiàn)M.F. El-Amin, Amagad Salama, Shuyu Sun, Nu