水平槽道內(nèi)低顆粒載荷下湍流變動的實驗研究.pdf

1、湍流變動一直是兩相流研究的難點和熱點，在過去幾十年里國內(nèi)外學者對此展開了大量研究工作。由于顆粒－流向相互作用的復雜性，盡管目前對顆粒引起湍流變動形成了一些規(guī)律性的認識，但是在很多方面仍然是摻雜不清，甚至是相互矛盾的。為了從更本質(zhì)的角度揭示顆粒－流體之間的相互作用，本文采用先進激光測速技術(shù)PIV在水平槽道中進行了一系列低顆粒載荷的實驗工作。
　　 為了實現(xiàn)槽道流近壁邊界層和兩相流PIV的測量，本文第一部分工作中發(fā)展了一套完善高效的

2、超分辨率PIV(Super-resolution PIV，SPIV)方法。該算法融合了PIV和PTV兩種算法優(yōu)點，使得算法執(zhí)行效率，精度都大幅度提升；并在粒子識別過程中引入了一種從實際圖像中提取的粒子模板的方法。用該SPIV方法來計算實際流場，證明了其優(yōu)越性。
　　 在本文第二部分工作中，著重研究低顆粒載荷下顆粒引起湍流變動的總體變化規(guī)律，并進一步探詢低載荷下顆粒引起湍流變動的原因和機理。實驗的雷諾數(shù)是6826，顆粒相采用60μ

3、m和110μm的兩種大小聚乙烯微珠；顆粒質(zhì)量載荷從5×10-4到4×10-2。實驗結(jié)果表明，顆粒引起了流體的平均流動的減弱，雷諾應(yīng)力各分量不同程度的增加；并且隨著顆粒載荷、大小的增加，變動幅度增大。顆粒的運動在中心區(qū)滯后而在近壁區(qū)則領(lǐng)先于流體運動；顆粒流向脈動速度大于流體的脈動速度，而法向脈動在小顆粒情況下比流體的弱，而大顆粒情況下比流體的強。顆粒運動除了流體作用外，主要受重力和顆粒－壁面碰撞控制。
　　 因為低顆粒載荷下顆粒－

4、流體之間的直接動量，能量交換是很弱的，為此從已有文獻結(jié)果角度出發(fā)是不能完全解釋本實驗中所觀察到的湍流變動。為了分析其產(chǎn)生原因和機理，進一步研究了顆粒加入后耗散率，湍動能以及流動特征尺度的變化規(guī)律。結(jié)果表明顆粒促進了大尺度流動結(jié)構(gòu)向小尺度流動結(jié)構(gòu)的分解，并伴隨著能量傳遞速度的增快；為了維持湍流狀態(tài)，大尺度結(jié)構(gòu)從平均流動中獲得更多的湍動能，從而引起平均流動的減弱。通過總結(jié)分析最后得出結(jié)論流動結(jié)構(gòu)的改變是低顆粒載荷下湍流變動的主要機制。與豎直