PIV布撒技术在高速风洞实验中的改进与应用

发布时间：2017-08-11 00:18

  本文关键词：PIV布撒技术在高速风洞实验中的改进与应用

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【摘要】：为进一步优化高速流场的PIV技术,在上海交通大学高超声速风洞原有装置的基础上,进行了高速流场PIV粒子布撒设备优化等技术改进,构建了更完善的粒子布撒技术。本文回顾了PIV技术的发展,参考各种流场中粒子布撒技术的发展现状,在粒子选择、布撒方式以及布撒设备等方面进行了分析和总结。针对上海交通大学高超声速风洞原来布撒方式之中粒子布撒不均匀等缺陷,提出并加以改进优化,在管道、喷嘴、以及吹粉方式等方面进行改造,形成并运行了改良的布撒技术。对这些改造分别进行了调试,确定了其优化效果。并进行高速流场的PIV实验验证,保证了整体改进技术的性能。实验在马赫数4的条件下进行,高速流场中使用了尖劈、尖锥等模型。文中首先对高速流动中粒子的光散射性、流动跟随性分别进行总结分析,归纳并确定了选择高速流中PIV示踪粒子的方案;其次发展了高速流场PIV示踪粒子布撒技术,替代了上海交大高超声速风洞PIV实验原来依赖的布撒方式,相应提出了精度好而且安全高效的操作流程和方法;在此基础上测试了高速流场,对新的布撒技术所结合的PIV方法能否高精度测量高速流场进行了可行性验证;最后提出了关于如何继续优化粒子布撒技术的一些建议。
【关键词】：PIV(粒子图像测速) 风洞 高速流场 PIV粒子 粒子布撒技术 技术改进
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211.74
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 研究高速流场的意义与方法11-12
• 1.2 普通场景下的PIV技术研究现状综述12-17
• 1.2.1 通气超空泡相关的流场14-15
• 1.2.2 离心泵叶轮内流场15-16
• 1.2.3 内燃机燃烧室流场16-17
• 1.3 应用于高速流场的PIV技术17-22
• 1.3.1 超燃冲压发动机的高速流场19-20
• 1.3.2 绕圆球及尖劈-平板组合体的高速流场20
• 1.3.3 零质量射流流场20-21
• 1.3.4 可压缩混合层流场21
• 1.3.5 激波-边界层干扰流场21
• 1.3.6 高超声速激波管流场21-22
• 1.4 本文研究方向22-23
• 2 粒子布撒技术的比较研究23-38
• 2.1 普通流场PIV布撒技术24-28
• 2.1.1 压力雾化器24-25
• 2.1.2 旋转雾化器25
• 2.1.3 凝结发生器25
• 2.1.4 双流型雾化器25-26
• 2.1.5 鼓风雾化器及Laskin喷嘴26-28
• 2.2 高速流场中的PIV粒子布撒理论28-33
• 2.2.1 高速流场中示踪粒子的流动跟随性28-31
• 2.2.2 高速流场中示踪粒子的光散射性31-33
• 2.2.3 本研究中示踪粒子的选取33
• 2.3 高速流场中PIV示踪粒子的布撒33-38
• 2.3.1 应用于高速流场的液态粒子的发生33-34
• 2.3.2 激波与边界层干扰的高速流场34-35
• 2.3.3 超燃冲压发动机内燃烧室的高速流场35-37
• 2.3.4 高超声速激波管37-38
• 3 实验采取的基础硬件和基本软件38-49
• 3.1 高速风洞38-41
• 3.2 高速流场PIV测试系统41-47
• 3.2.1 激光器系统42-44
• 3.2.2 CCD相机系统44
• 3.2.3 同步控制器44-46
• 3.2.4 用于PIV图像采集的设备和相关配置46-47
• 3.3 高速流场PIV的软件系统及其设置47-49
• 4 高速流场PIV粒子布撒技术的改进49-59
• 4.1 粒子布撒的基本设备与方案50-51
• 4.2 粒子布撒管道改进51-53
• 4.3 采用氮气发生粒子53-54
• 4.4 粒子发生装置喷嘴改造54-57
• 4.5 优化粒子布撒技术应用后的时序控制57-59
• 5 改进粒子布撒技术在高速流场中的应用59-76
• 5.1 高速自由来流59-62
• 5.2 典型高速流场62-69
• 5.2.1 高速尖劈绕流62-65
• 5.2.2 高速钝锥绕流65-66
• 5.2.3 高速尖锥绕流66-68
• 5.2.4 高速拐角流68-69
• 5.3 高速流场PIV实验的粒子迟滞响应特性分析69-76
• 5.3.1 示踪粒子迟滞响应特性69-72
• 5.3.2 松弛时间的计算72-76
• 6 结论与展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 攻读学位期间发表的学术论文83

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1 王新元;PIV布撒技术在高速风洞实验中的改进与应用[D];上海交通大学;2015年

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本文编号：653371