实验流体力学

1、第一题在文献1中，作者通过流场压力测量计算涡街的脱落频率，对压电式和差压式压力传感器的涡街流量计进行了性能评估和比较，并提出了改进涡街流量计精度和进行计量误差分析的一些建议。原始信号为包含了各种扰动和误差的高频离散序列信号。信号后处理采用了基于功率密度谱的自相关函数衰减率法、基于经验的模态分解等数学算法处理误差。图1.1 实验设备示意图(1.水泵，2.阀门，3.涡街流量计，4.差压传感器，5.水箱，6.支架)图1.2 在雷诺数为时对差压式传感器的的基于经验的模态分解图1.3 无流动时的传感器响应功率谱密度 (a为压电式压力传感器，b为差压式压力传感器)参考文献：1 A. Venugopal,

2、Amit Agrawal, S.V. Prabhu, Performance evaluation of piezoelectric and differential pressure sensor for vortex flowmeters, Measurement, 50 (2014) 1018第二题(1)LDV中，静止的传感器接收的光其频率与两个光源的原始频率之间关系为 当两光源频率均为时，则有流向可根据传感器接收光的多普勒频移进行判断，对于固定点可由光源频率和位置以及频移计算出速度大小、方向。PIV测量通过对不同时间段的成像去除背景仅保留粒子本身后进行图像的粒子互相关算法可自动判断流动

3、方向。(2)文献1同时采用PIV和LDV测量技术进行流场测量，原因在于LDV测量的单点精确度很高但是不能获取流场全局信息，PIV测量可获取流场的结构，但是对于湍流等高速复杂运动流场来说时间分辨率太低，需要两者结合使用。作者采用点参考全局相关(PRGC)算法进行平面共轴射流的湍流场分析，其结果和实际计算较为吻合。同时其PRGC算法对于信号的噪音来源也有一定预测能力，并大幅减少对测试设备和数据后处理的要求。图2.1 文献1的实验喷嘴位置图2.2 文献1的光路示意图图2.3 文献1的时间相关函数实验和理论计算结果对照图2.4 文献1的沿出口向速度分布文献2对于绕方柱体的空气湍流流动的大涡模拟计算和实

4、验的PIV测量结果进行了结合，得出结论。在数值模拟过程中，首先在入口处生成一个湍流并由PIV测量获取数据，之后再将PIV测量数据作为边界条件给计算机进行LES计算，并和已公开的其他实验数据进行对比。图2.5 文献2的LES计算域网格图2.6 文献2的LES计算结果和其他公开实验数据比较(a.平均流速，b.速度脉动量，c.雷诺应力项，d.边界层功率谱密度)图2.7 文献2中修改边界条件后的LES计算和公开实验数据对比参考文献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第三题PLIF方法技术原理为利用某些物质在溶解于流体中后，在某个特定频率激光照射下会发射荧光的性质使流场某个断面的结构靠激光照射后的荧光显示出来。在文献1中，作者利用PLIF和PIV联合测量技术获取了不同雷诺数下的反应容器内流场形态和速度分布，并和计算机数值仿真结果进行对比，其吻合度较好。图3.1 反应器结构示意图图3.2 PIV和PLIF图像(Re=1000，t=10min，a.原始PIV图像，b.原始PLIF图像，c.后处理后PIV图像，d.后处理后PLIF图像)由于

7、雷诺数很小，流场为层流特征。从图片可知，其流动主要集中在轴线和固体界面处，且在远离水平界面的地方其速度以竖直方向为主，水平分量较小。其流动以反应容器的转动和容器内的化学反应为主要推动力量。图3.3 实验和数值模拟的速度结果对比(a.Re=1000，b.Re=1500，c.Re=1700，d.Re=2000，e.Re=2300)参考文献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第四题低速风洞实验段结构上特点为实验段截面积最小，流动特征为气流速度和压力均匀性好，湍流度极低。在文献1中，作者通过理论分析、计算机上LES计算和风洞实验结合来研究风机的气动特性和气动声学特性。在实验上，风洞只是一部分，其成像由PIV测试技术得到。将同一条件下的风洞实验结果和计算机模拟结果进行比

9、较，发现其契合度较好，计算结果真实可靠。图4.1 速度的模拟和实验结果对比图4.2 涡量的模拟和实验结果对比(a.计算机模拟结果，b.PIV成像)参考文献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第五题(1)流场的相似包括几何相似、运动相似、力学相似三个要求。可通过包含流动特征的无量纲数是否相等判断是否两个两个流场动力相似。选择相似准则，要求在几何相似的前提下，根据流动性质保证对流动起主要影响的无量纲数相等，忽略次要影响因素。(2)量纲分析是指通过对相关物理量做量纲幂计算，并将其组合为无量纲数，用无量纲数代替有量纲数，找到物理量之间的联系，减少变量，指导研究和实验。在文献1中，作者首先对于多孔介质中的两相流动和微粒输运现象进行数学建模得到有量纲的基本控制方程和相应的边界条件。之后将其转化为无量纲形式，并引入若干无量纲数，对其进行量级分析得到各个无量纲数的变化趋势、相互作用关系和对于流动的影响。参考文献M.F. El-Amin, Amagad Salama, Shuyu Sun, Nu