實驗流體力學

1、第一題在文獻1中，作者通過流場壓力測量計算渦街的脫落頻率，對壓電式和差壓式壓力傳感器的渦街流量計進行了性能評估和比較，并提出了改進渦街流量計精度和進行計量誤差分析的一些建議。原始信號為包含了各種擾動和誤差的高頻離散序列信號。信號后處理采用了基于功率密度譜的自相關函數(shù)衰減率法、基于經(jīng)驗的模態(tài)分解等數(shù)學算法處理誤差。圖1.1 實驗設備示意圖(1.水泵，2.閥門，3.渦街流量計，4.差壓傳感器，5.水箱，6.支架)圖1.2 在雷諾數(shù)為時對差壓式傳感器的的基于經(jīng)驗的模態(tài)分解圖1.3 無流動時的傳感器響應功率譜密度 (a為壓電式壓力傳感器，b為差壓式壓力傳感器)參考文獻：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光源的原始頻率之間關系為 當兩光源頻率均為時，則有流向可根據(jù)傳感器接收光的多普勒頻移進行判斷，對于固定點可由光源頻率和位置以及頻移計算出速度大小、方向。PIV測量通過對不同時間段的成像去除背景僅保留粒子本身后進行圖像的粒子互相關算法可自動判斷流動

3、方向。(2)文獻1同時采用PIV和LDV測量技術進行流場測量，原因在于LDV測量的單點精確度很高但是不能獲取流場全局信息，PIV測量可獲取流場的結構，但是對于湍流等高速復雜運動流場來說時間分辨率太低，需要兩者結合使用。作者采用點參考全局相關(PRGC)算法進行平面共軸射流的湍流場分析，其結果和實際計算較為吻合。同時其PRGC算法對于信號的噪音來源也有一定預測能力，并大幅減少對測試設備和數(shù)據(jù)后處理的要求。圖2.1 文獻1的實驗噴嘴位置圖2.2 文獻1的光路示意圖圖2.3 文獻1的時間相關函數(shù)實驗和理論計算結果對照圖2.4 文獻1的沿出口向速度分布文獻2對于繞方柱體的空氣湍流流動的大渦模擬計算和實

4、驗的PIV測量結果進行了結合，得出結論。在數(shù)值模擬過程中，首先在入口處生成一個湍流并由PIV測量獲取數(shù)據(jù)，之后再將PIV測量數(shù)據(jù)作為邊界條件給計算機進行LES計算，并和已公開的其他實驗數(shù)據(jù)進行對比。圖2.5 文獻2的LES計算域網(wǎng)格圖2.6 文獻2的LES計算結果和其他公開實驗數(shù)據(jù)比較(a.平均流速，b.速度脈動量，c.雷諾應力項，d.邊界層功率譜密度)圖2.7 文獻2中修改邊界條件后的LES計算和公開實驗數(shù)據(jù)對比參考文獻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方法技術原理為利用某些物質在溶解于流體中后，在某個特定頻率激光照射下會發(fā)射熒光的性質使流場某個斷面的結構靠激光照射后的熒光顯示出來。在文獻1中，作者利用PLIF和PIV聯(lián)合測量技術獲取了不同雷諾數(shù)下的反應容器內流場形態(tài)和速度分布，并和計算機數(shù)值仿真結果進行對比，其吻合度較好。圖3.1 反應器結構示意圖圖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，流場為層流特征。從圖片可知，其流動主要集中在軸線和固體界面處，且在遠離水平界面的地方其速度以豎直方向為主，水平分量較小。其流動以反應容器的轉動和容器內的化學反應為主要推動力量。圖3.3 實驗和數(shù)值模擬的速度結果對比(a.Re=1000，b.Re=1500，c.Re=1700，d.Re=2000，e.Re=2300)參考文獻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第四題低速風洞實驗段結構上特點為實驗段截面積最小，流動特征為氣流速度和壓力均勻性好，湍流度極低。在文獻1中，作者通過理論分析、計算機上LES計算和風洞實驗結合來研究風機的氣動特性和氣動聲學特性。在實驗上，風洞只是一部分，其成像由PIV測試技術得到。將同一條件下的風洞實驗結果和計算機模擬結果進行比

9、較，發(fā)現(xiàn)其契合度較好，計算結果真實可靠。圖4.1 速度的模擬和實驗結果對比圖4.2 渦量的模擬和實驗結果對比(a.計算機模擬結果，b.PIV成像)參考文獻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)流場的相似包括幾何相似、運動相似、力學相似三個要求?？赏ㄟ^包含流動特征的無量綱數(shù)是否相等判斷是否兩個兩個流場動力相似。選擇相似準則，要求在幾何相似的前提下，根據(jù)流動性質保證對流動起主要影響的無量綱數(shù)相等，忽略次要影響因素。(2)量綱分析是指通過對相關物理量做量綱冪計算，并將其組合為無量綱數(shù)，用無量綱數(shù)代替有量綱數(shù)，找到物理量之間的聯(lián)系，減少變量，指導研究和實驗。在文獻1中，作者首先對于多孔介質中的兩相流動和微粒輸運現(xiàn)象進行數(shù)學建模得到有量綱的基本控制方程和相應的邊界條件。之后將其轉化為無量綱形式，并引入若干無量綱數(shù)，對其進行量級分析得到各個無量綱數(shù)的變化趨勢、相互作用關系和對于流動的影響。參考文獻M.F. El-Amin, Amagad Salama, Shuyu Sun, Nu