PIV测试技术在漩流中间包流场研究中的应用

　　流场的确定对于研究冶金反应器中的流体流动具有非常重要的意义.目前主要研究手段有计算流体力学方法和实验测量两大类.计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)是通过计算机数值计算和图像显示，对包含流动和传热等相关物理现象的系统进行分析川.粒子成像测速技术(PIV)不干扰流场、动态响应快、能测量瞬时速度、适合流态范围广(定常、非定常流动，低速、高速流动，单相、多相流动等)，是近年来备受青睐的流场侧试先进技术.实际上，经过用PIV测定验证的CFD模型可以广泛应用于实际工程.

　　1 PIV测试原理简介及其应用

　　PIV技术是一种基于流场图像互相关分析的非接触式流场测量技术，能够无扰动、精确有效地测量二维或三维流速分布.利用PIV技术测量流场时，需在流场中散播相对密度适当且跟随性好的示踪粒子，由示踪粒子的运动来反映水质点的运动;并用自然光或激光对所测平面进行照射，形成光照平面，使用高速照相机(CCD)等摄像设备获得示踪粒子的图像，对得到的PIV图像序列进行互相关分析，就能获得流场的二维速度矢量分布.图1为二维PIV测定实验原理及系统示意图.在流体中加人适量的细小示踪粒子，例如，在气体中添加固体细粉，液体中添加固体细粒或微细的气泡.如果我们能够跟踪粒子的位移△x，并记录相应的时间间隔vt，则流体的速度(粒子速度)v=dx/dt=vxlvt.

　　马青山^【1〕等首先利用PIV对搅拌槽内的流场进行测定，然后对CFX商业软件数值模拟的结果进行分析，得到各种湍流模型模拟搅拌槽流场的优缺点.刘应征^〔3]等对旋转圆柱体内的复杂流场进行了测定，通过分析双曝光时间间隔的选择以及示踪粒子选取问题，得到上端带旋转圆盘封闭圆柱空腔内的旋转流动子午面上的速度分布结果，从测量结果可以清楚地看出随着雷诺数的增加，整个流态发生了显著的变化:涡核拉长及其结构的变化、轴线附近大速度区域的分布及其移动，近空腔底部流动喉口段的形成及其位置的变化、旋涡破裂现象的出现以及破裂区域的移动等等.对于本文所要研究的对象—漩流中间包具有重要的参考意义.徐舒等u4}对反应器内的流场利用PIV进行了测定，得到了较好的结果，为反应器的数学模型建立提供了可靠实验数据.

　　2 PIV在漩流中间包流场测定中的应用

　　2. 1漩流中间包结构

　　漩流中间包的结构如图2所示;结构尺寸见表1.所谓漩流中间包就是为了利用大包注流的势能使进人中间包内的钢液产生旋转运动而在注流区引人漩流室的一种新型中间包.将注流沿切线方向从漩流室底部引入，使其发生旋转运动，达到促进夹杂物去除的目的文献「5 -8」分别对漩流中间包的可行性和流场进行了研究.