摘要：针对传统接触式测量方法探头干扰液膜流动特性导致测量精度难以提高以及传统光学测量方法中光线折射作用限制其应用范围的问题,提出利用平面激光诱导荧光技术测量膜厚的新方法,并对该技术的测试原理、实现方式进行了详细的介绍。通过对沿流向不同位置液膜厚度的实时测量,研究了液膜波动的时序特征及纵向演化规律。结果表明,液膜厚度的概率密度分布的特征差异可作为诊断液膜波动特性的判据。

摘要：分析了激励激光光强分布对平面激光诱导荧光(PLIF)实验中荧光强度的影响。基于柱面微透镜列阵设计了一套激光片状光束匀滑整形系统,并根据PLIF实验的具体要求,通过光线追迹方法优化了系统参数。建立了片状光束整形实验系统,对染料激光进行了匀滑整形,获得了不均匀性<4%的均匀片状光束,满足了PLIF实验所需。在此基础上建立了PLIF实验系统,获得了酒精灯火焰和CH4/air预混火焰中OH的二维荧光分布。

摘要：为了增强燃烧的稳定性,提出了利用介质阻挡放电等离子体装置来实现值班火焰的思路。通过布置在燃烧器出口扩张段上的等离子体激励器产生等离子体,并在燃烧过程中一直保持等离子体激励器处于工作状态,这样产生的等离子体可以起到类似值班火焰的作用——稳定燃烧、防止熄火。该装置具有结构简单紧凑、功耗低、激励参数可以在线调节且不影响燃烧器结构设计等优点。基于实验研究考察了该装置对旋流扩散燃烧中不稳定抬升火焰的作用效果。火焰结构的观测通过平面激光诱导荧光测试系统来实现。实验中观测到随等离子体激励功率增大,火焰高度逐步降低向喷嘴出口位置靠近,且反应更趋紧凑,这初步验证了该装置可以稳定燃烧、防止熄火,表明通过介质阻挡放电等离子体装置来实现值班火焰的设计思路可行。

摘要：针对大尺度模型发动机试验台工作时间短(~百毫秒到秒量级)和激光能量要求高(>1 mJ)的特点,常规的紫外激光系统不能满足发动机燃烧流场精细化测量需求,要求用于高频平面激光诱导荧光(PLIF)测量的紫外激光系统同时满足脉冲串时间间隔短和激光输出能量高,并且系统具有高可靠性和环境适应性。设计了一套用于真实发动机地面试验台高频PLIF测量的脉冲串紫外激光系统,能够获取有效的火焰动力学数据。脉冲串紫外激光系统采用自主研制的脉冲串模式激光器泵浦染料激光器,具备能量监测、波长监测和片光分布监测等功能,可以校正激光参数对测量结果的影响。其中脉冲串模式激光器采用电光调Q、脉冲串模式和MOPA技术,使输出的泵浦激光具有高脉冲能量(~50 mJ@532 nm)、短脉冲宽度(~10.8 ns)和较高的脉冲串频率(20 Hz)。脉冲串紫外激光系统的串时间间隔为50 ms,是国外激光器脉冲串间隔时间的1/200;系统整体转换效率为6%,紫外单脉冲能量为2.95 mJ@283 nm,是国外连续脉冲激光器典型能量值的7倍。为满足发动机地面试验台测量需求,自主集成了工程可用的高可靠性移动式10 kHz PLIF测量系统,具有抗震、防潮和防尘等功能,提升了高频PLIF系统的环境适应能力。国内首次在中国空气动力研究与发展中心的脉冲燃烧风洞上实现了大尺度模型发动机燃烧流场远距离大视场成像测量(~15 cm),获得了高信噪比的氢燃料及乙烯燃料高动态燃烧过程可视化结果。未来可结合光谱图像特征提取与分析方法对其燃烧状态和动态过程开展研究,为发动机复杂流动燃烧机理研究、CFD仿真和发动机设计水平提升提供支撑。

摘要：针对管道中距离U型管不同位置处的竖直向上环状流轴向液膜分布,基于平面激光诱导荧光(PLIF)技术,设计并搭建了内径为25 mm的气液两相流循环装置,采用高速摄影获取距离U型管不同位置处的液膜荧光图像,并通过数字图像处理技术进行特征提取.结果表明:当距离U型管达到25倍管径时,U型管对液膜发展及分布影响显著降低;将获得的平均液膜厚度数据与液膜厚度经典预测模型进行对比分析,表明在此距离时竖直向上环状流液膜发展及分布稳定.

摘要：机械搅拌作为一种重要的混合技术,在化工生产、环保安全、生物制药等领域有着广泛的应用。搅拌效率和流场的分布是衡量搅拌质量的重要指标。然而,在层流搅拌流场中,搅拌桨周期性的扰动产生了环形动力流场导致搅拌槽内普遍存在混合隔离区,隔离区的存在是实现高效混合的主要障碍。本实验基于平面激光诱导荧光技术实现了二维瞬态液相混合流场结构的可视化,研究了Reynolds数和搅拌槽的几何参数对流场结构时空变化规律的影响。基于MATLAB软件对实验图像进行后处理得到非混合区域面积覆盖率,定量计算出流体的混合效率。结果表明,层流搅拌中搅拌槽内叶轮上方和下方出现对称的隔离区域,并且不会随着Reynolds数的增加而消失。通过在搅拌槽内部特定位置(侵入隔离流场几何中心)设置几何挡板结构,破坏隔离区域环形流场的对称性和封闭性,引发混沌混合从而提升混合质量。设置在特定位置的长方体挡板和扇形圆环挡板分别使搅拌槽内流体混合效率在200s内从65%提升至95%和97%。该研究可为高效层流搅拌混合器的设计提供实验数据与理论指导。

摘要：采用平面激光诱导荧光(PLIF)方法,对波浪作用下浮式光伏组件基座的交换通量进行定量分析。设计不同开孔交换面积的浮箱模型,并在不同波高和温度下进行实验。实验结果表明,水体在基座内停留时间与波高、基座单元间的连通面积及单元内水体与环境水体的温差有关,波高的影响最大,温度次之,连通面积最小。

摘要：利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术对含柔性淹没植被明渠污染物浓度场进行试验研究.固定排污口于植被顶部,分析不同淹没度、不同植被密度下含植被水流浓度场的扩散规律.试验结果表明,随着淹没度的增加,污染物浓度沿流向下降变快,完全混合所需距离缩短;随着植被密度的增加,污染物浓度沿流向下降变快,完全混合所需距离缩短.随着淹没度的增加,垂向浓度半宽比横向浓度半宽大,垂向上的标量输移占主导地位.

摘要：近年来由于淡水资源短缺和海水淡化处理成本的显著下降,海水淡化产业在全球范围内蓬勃发展。出于环境保护考虑,保证海水淡化后产生的高盐度尾液能够迅速与受纳海水掺混的排放口设计显得尤为重要。目前实践中广泛采用的型式是圆形倾斜淹没式排放,而之前的研究建议倾角设计与水平方向成60°为最佳。但伴随60°倾角的射流上升高度相对较高,可能不适用于排放入浅海海域。应用先进的粒子图像测速(PIV)和平面激光诱导荧光(PLIF)技术在实验室模拟较小角度(30°和45°)的排放,从而研究其掺混及稀释特性。通过实验数据整理得到相应的射流最大上升高度、碰撞点水平距离、碰撞点稀释度等属性,从而为浅海区的海水淡化高盐度尾液排放的工程设计以及相关规定的制定提供参考。

摘要：根据平面激光诱导荧光(PLIF)测温与高速摄影技术构建PLIF液膜测温系统,基于UCOS II与UCGUI框架对温控系统ARM软件程序进行设计。标定PLIF测温系统,并依据标定曲线,实现对液膜的温度场测量与测温误差分析。结果表明:PLIF液膜测温系统的测温误差小于2%,且具有非侵入、高时空分辨率等特性,适用于实际工业液膜测温过程。