液力变矩器是自动变速器的主要部件,其在乘用车、载重汽车、公共汽车和机车上的应用广泛。液力变矩器内部流动特性影响其外部性能,为了深入研究其内部流动特性,基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对液力变矩器涡轮内流场进行试验研究。采用帧频为1 000帧/s的CCD高速相机,在不同工况下(输入与输出的转速比分别取0、0.3、0.5、0.7)采集不同粒子直径、不同粒子浓度下的流动图像,经过图像预处理,对连续两帧图像进行互相关计算,获得涡轮径向切面的速度场和涡量场。通过对流场分布结构和流动区域上复杂流动现象的对比分析,发现投入流场中粒子浓度越高(1 500mL蒸馏水中投入2.4 g粒子)、粒子直径越小(10μm)时,识别并提取流动区域上的流动参数越丰富,流速场和涡量场信息越可靠。液力变矩器内部高梯度流场分布结构和非均匀流速场分布导致出...

对于尾流的研究大都局限于岛屿型绕流体在展向非常长的情况,但是在天然环境和水利工程中出现的多为水深相对很浅的流动,并且很多是绕半岛形建筑物的流动。由于底部摩阻和壁面边界的限制,浅水域中的半岛尾流有着一些特殊的流动规律。笔者采用数字粒子图像测速(DPIV)技术,在长30m、宽3.5m、高1m的水槽中比较系统地测量了浅水中绕平板半岛的尾流区流场,分析了大尺度旋涡的运动规律,得到了控制尾流流动形式的稳定性参数的临界范围。

粒子图像测速是一种基于流场图像互相关分析的二维流场非接触式测试技术，在流场测量中占有非常重要的地位。本文阐述了PIV粒子图像测速的基本原理及其在复杂流场测试中的应用状况，如泊肃叶流动及圆柱绕流、横流中水平方柱绕流旋涡、涡旋波流场、横流中近壁水平圆柱绕流旋涡、角区三维分离的附着奇点结构、漩流中间包流场、角区非定常马蹄涡结构。对掌握和了解PIV测试原理及方法具有一定的参考意义。

合理选择湍流模型是获取准确和可靠数值模拟结果的关键。该文采用3种湍流模型(标准k-ε模型、分离涡模型、大涡模拟模型)仿真制动工况下方形腔液力偶合器流场,提取流速场和涡量场。基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术测量液力偶合器制动工况下流场,将数值模拟结果与PIV试验结果进行对比,以PIV试验测量结果作为评价基准,分析采用3种湍流模型计算流场结果的差异性,完成湍流模型的适用性分析。结果表明,标准k-ε模型仿真结果与PIV试验结果误差较大;采用大涡模拟模型模拟主流区域流场结构分布更加真实,仿真结果能够较好地解释主流区域多尺度涡旋运动规律和能量耗散机理;采用分离涡模型能够更准确地捕捉近壁面和角涡区高梯度流场结构分布。研究结果可为液力偶合器流场精确计算与性能预测提供参考。

轴向漩涡流动是研究液力偶合器能量损耗的重要基础。该文基于粒子图像测速技术采集制动工况下液力偶合器轴向漩涡流场图像,通过图像处理技术识别并提取液力偶合器外壁面上特殊几何结构所呈现的光学特征,完成流动图像动态标定。利用霍夫变化直线检测算法识别泵轮轴向流场流速方向,通过图像互相关算法并采用查询窗口偏移技术提取涡轮轴向漩涡流场结构,应用误矢量识别算法检测错误流速矢量并予以剔除,获得优化的流动图谱。研究结果表明泵轮轴向流场中液流是一种复合加速运动;涡轮轴向流场中液流是一种多尺度漩涡流动,主流区域上流速值为0.2~0.4 m/s,叶片与壁面组成的角隅区域上形成小尺度涡旋,角隅区域上流速值为0.6~1.1 m/s。上侧叶片与泵轮、涡轮交界面处的角隅区域上存在与主流循环流动方向相同的小尺度涡旋,涡量数值为?8 s?1,此处涡...

为探究大功率调速型液力偶合器流场内部流动规律,建立了偶合器内/外特性同步测试试验台,利用粒子图像测速(PIV)技术对偶合器内流场进行测量,分析流场在不同工况条件下、不同流道区域的速度及涡量场分布,建立内外特性的关联关系。结果表明额定工况时,偶合器内流场流动平稳,随着转速比的降低,流动逐渐趋于紊乱;过渡工况时,流场出现环流转换的趋势,对应于外特性力矩出现大幅度跌落;制动工况时,流场速度方向变化最为剧烈,涡轮入口处液流不断冲击涡轮叶片压力面,使吸力面附近逐渐出现大面积的低速区,最终在速度梯度较大的涡轮入口流道中部靠近吸力面处形成多处漩涡。

为了研究串列双圆柱绕流规律，针对本实验设计了开式循环水槽，将染色法及粒子图像测速（PIV）系统相结合。对不同雷诺数下的单圆柱、不同间距比的串列双圆柱绕流进行定量及定性的可视化实验。首先验证实验装置的稳定性。然后对不同雷诺数下的单圆柱绕流进行可视化实验，将实验数据与文献数据对比，验证实验装置的正确性。Re=200时，得出以下实验结论：当中心距Ps≤3D时，上游圆柱的尾流呈现出稳态，而下游圆柱的尾流是非稳态；增大间距，上游圆柱的尾流逐渐由稳态变成非稳态，并且这种非稳态将会加强下游圆柱尾流的非稳态，随后下游圆柱后端出现有规则的涡脱现象。

实现粒子图像测速包括两个关键步骤：粒子图像的获取和粒子图像的处理。本文为粒子图像的处理探索出了一条新的途径；实现了原诊断系统中Ｍａｃ机上的移植。并且根据Ｍａｃ机处理图像处理的先进性对原处理系统进行了改进，特别增强了其后处理功能。

利用在线式ＰＩＶ系统，采用相关的分析方法，以较高雷诺数下圆柱绕流和翼型尾流为例，对ＰＩＶ在低速风洞实验研究中的应用作一简要介绍，旨在表明当前ＰＩＶ技术的一些特点及其用于风洞实验研究的潜力。

为了提高混合效率,该文设计了一种小型的电磁动力驱动（MHD）混合器,对其混合特性进行了理论分析和实验研究。该混合器由聚碳酸脂和黄铜采用常规方法加工而成。研究液体为硫酸铜溶液,采用粒子图像测速技术进行实验,在实验过程中为观察溶液的流动混合搅拌过程,溶液中加入荧光粉作为示踪粒子,并通过数据采集和处理系统对实验结果进行分析,得到流场的速度分布。建立该混合器的理论模型,在实验的基础上进行数值模拟,并对结果进行分析比较,模拟结果与实验结果相吻合。