旋风分离器减阻杆减阻的PIV实验研究

　　减小压力损失一直是旋风分离器研究的主要方向之一。1992 年，王连泽和叶龙报告了在旋风分离器内合适位置安装一根或多根减阻杆能大幅度降低流动阻力的研究发现[1]。之后王及其合作者采用五孔球形探针进行了实验研究，通过对流场时均速度和压力的变化对减阻杆的减阻机理进行了初步分析[2,3]。由于旋风分离器内部流场是一个复杂的湍流场，减阻机理的研究还需要从时均场之外的湍流物理量的变化来分析，因此本文结合采用 PIV(粒子图像测速)技术对安装减阻杆前后旋风分离器流场湍流量变化的测量结果，深入分析了减阻杆减阻机理。

　　1 实验装置和研究方法

　　1.1 实验装置

　　实验装置主要由旋风分离器及管路系统、PIV系统和示踪粒子发生器等几部分组成，如图 1 所示。旋 风 分离器 为 高 效 Stairmand 型 ， 筒 体直 径D=170mm，详细几何尺寸见图 2。减阻杆为圆柱形，直径 6mm，安装位置如图 2 所示。本实验测量了旋风分离器一些特定二维截面上的瞬时速度场。这些截面是 0o~180o、9o~270o两个纵向截面和 1#至 3#(Z=250mm，Z=400mm，Z=550mm)共 3 个垂直轴向的横向截面，见图 2。

　　PIV是近二十年发展起来的一种基于光学图像处理的现代流动测量技术。它结合了激光光学、图像处理和计算机等学科，是目前在流动测量中最为先进的测速技术。本实验PIV系统包括乙二醇粒子发生器、脉冲间隔为10 μ s的双脉冲Yag激光器、光同步器、CCD视频照相机、光学元件及计算机图像处理软件等。

　　二维PIV技术的基本原理是在流场中撒布合适的示踪粒子，用脉冲激光片光照射所测流场切面区域，通过成像记录系统摄取两次或多次曝光的粒子图像，形成PIV底片，再用光学杨氏条纹法或粒子图像相关等方法逐点处理底片，以获取每一判读点小区域中粒子图像的平均位移，由此确定流场切面上各点的二维速度分布。与传统流场测速系统相比，PIV不仅精度高(一般为2%，本实验最高可达0.5%)，而且还具有能测量全流场空间多点的瞬态速度、非接触式测量及对流场几乎无干扰等优点[4,5]。

　　1.3 实验数据分析方法

　　实验中通过调节旋风分离器入口静压相同来保证入口速度在加减阻杆前后一致，在同一工况下测量多组时间序列的速度矢量图，然后通过标定和计算得到流场的平均速度场、湍流强度及 Reynolds应力等物理量。设 PIV 测量标定后得到的某点瞬时速度为 ()nu t，其中nt 表示第 n 个测量时刻，通过时间平均处理可以得到该点的时均速度U ，即

　　2 实验结果及分析讨论