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PIV技术在脉动火焰测量中的应用研究

作　者: 张建华
导　师: 钟英杰
学　校: 浙江工业大学
专　业: 热能工程
关键词: PIV 示踪粒子脉动火焰粒子发生器大涡模拟涡
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 31次
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内容摘要

近20年来,粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术的发展逐步成熟,是非常有前景的全场测速技术。目前国内对PIV的应用研究主要局限于无反应流的流场,对于反应流研究较少,而且主要侧重于稳态燃烧,而脉动燃烧／燃烧振荡等周期性或者非周期性变化流场PIV技术鲜见应用。脉动燃烧技术因其燃烧强度高和污染物排放低等优点受到国内外的关注,成为燃烧科学和技术研究中的热点之一。基于以上两点,本文对PIV技术应用于脉动火焰流场展开研究,主要工作和成果如下：1.对示踪粒子的跟随性和散射性展开了探讨,建立了脉动火焰流场中示踪粒子跟随性数学模型,利用Matlab数值计算得到了空气流场中常用示踪粒子各个粒径下的跟随性,定量分析了粒径对跟随性的影响,并且对粒子散射性做了分析,完成了脉动火焰流场中示踪粒子的选型；2.利用流化床原理,设计了示踪粒子发生装置,对此进行了预备实验,成功均匀产生粒子,并且浓度满足测量的要求,将该装置应用于脉动试验台,搭建了脉动火焰流场PIV测试系统,得到了较好的效果；3.计算了PIV系统两束激光脉冲时间间隔△t,通过对PIV系统各个参数和数据处理方法的正确选择,提高了测试精度,成功得到了冷态和热态各个工况下的流场矢量图和流线图。实验发现,燃烧反应情况下,速度变化幅度比冷态情况下要大,且在声场作用下更明显。4.通过热线风速仪测得管内流速和燃烧器出口射流速度的转化关系,通过实际速度的计算,验证了PIV系统测得的流场矢量大小的正确性。对脉动火焰流场进行了涡模拟的学位论文">大涡模拟,得到了涡的生成发展过程,其结果与PIV所测涡的运动规律一致。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
符号说明  10-12
第1章绪论  12-22
  1.1 课题研究背景  12
  1.2 流场测量方法  12-13
  1.3 PIV测速技术  13-16
    1.3.1 PIV技术原理  13-14
    1.3.2 PIV测速技术的发展  14-16
  1.4 燃烧研究中PIV技术应用现状  16-18
  1.5 脉动燃烧技术  18-19
    1.5.1 脉动燃烧技术的研究意义  18
    1.5.2 脉动燃烧流场PIV测量的意义  18-19
  1.6 论文的主要工作  19-20
  1.7 本文结构安排  20-22
第2章脉动火焰流场中示踪粒子的选取  22-34
  2.1 跟随性分析  22-30
    2.1.1 BBO方程  22-23
    2.1.2 脉动火焰流场中颗粒运动受力分析  23-26
    2.1.3 示踪粒子跟随性的数学模型  26-30
  2.2 散射性分析  30-32
  2.3 粒子的选定  32
  2.4 本章小结  32-34
第3章测试系统与粒子发生器  34-48
  3.1 脉动燃烧试验台  34-39
    3.1.1 Rijke型热声振荡装置  35-36
    3.1.2 视窗设计  36
    3.1.3 燃料输送系统  36-37
    3.1.4 压力测试系统  37-39
  3.2 示踪粒子发生装置  39-43
    3.2.1 由气体带入示踪粒子  40-41
    3.2.2 流场内充满示踪粒子  41
    3.2.3 示踪粒子发生器的设计及预备实验  41-43
  3.3 粒子图像测速试验台  43-47
    3.3.1 激光照明系统  43-45
    3.3.2 图像记录系统  45-46
    3.3.3 图像采集及数据处理软件  46-47
  3.4 本章小结  47-48
第4章脉动火焰流场PIV图像的获取与处理  48-64
  4.1 实验准备工作  48-50
    4.1.1 脉动燃烧试验台的调试  48
    4.1.2 PIV系统的调试  48-49
    4.1.3 双曝光时间间隔的确定  49-50
  4.2 PIV实验过程  50-53
  4.3 脉动流场粒子图像的处理  53-58
    4.3.1 PIV图像处理原理  53-54
    4.3.2 实验设计和数据处理  54-57
    4.3.3 流场矢量数的计算  57-58
  4.4 实验结果分析  58-62
  4.5 本章小结  62-64
第5章实验数据的验证与涡模拟的学位论文">大涡模拟  64-68
  5.1 矢量数据的验证  64-65
  5.2 误差分析  65
  5.3 脉动火焰大涡模拟  65-66
    5.3.1 大涡模拟计算  65-66
    5.3.2 脉动火焰的大涡模拟结果  66
  5.4 脉动火焰PIV实验所得流线图  66-67
  5.5 本章小结  67-68
第6章结论与展望  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-76
攻读学位期间参加的科研项目和成果  76

PIV技术在脉动火焰测量中的应用研究

内容摘要

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