根據(jù)光線透過鹽水溶液產(chǎn)生衰減原理,利用流場內(nèi)密度與光照強度的對比關系,提出通過圖像灰度確定流場內(nèi)密度分布特征的測試方法。采用這種實驗方法,結(jié)合單一點源羽流條件下卷吸作用,模擬由熱壓產(chǎn)生的置換流動和混合流動。對于無熱源的置換流動實驗,當出口面積保持在5.1 cm²時,進口面積由28.9 cm2增加到52.7 cm²并不會顯著增加體積流量。這表明對于置換通風,當進出口面積相差較大時,流量由進出口中較小的面積開口確定。對于有熱源條件下置換流動,隨著有效開口面積增加,熱分層高度增加,且上部分層高度內(nèi)的密度降低。實驗數(shù)據(jù)顯示,卷吸系數(shù)α取0.13時理論預測與實驗結(jié)果一致。在有固定熱羽流條件下進行了混合流動實驗,確定流量修正系數(shù)ε等于2.21,該系數(shù)與開口大小和鹽水密度無關,反映固定浮力通量與變浮力通量條件下通過開口流量的比值。通過理論分析和實驗結(jié)果對比,證明了利用光學衰減原理確定鹽水濃度的方法是一種有效的實驗測試方法。 

【文章來源】：工程熱物理學報. 2020,41(08)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

圖１光線衰減示意圖??Ｆｉｇ．?１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌｉｇｈｔ?ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ?ｔｈｅｏｒｙ??由光線衰減理論１１７１，光照強度延行程方向的衰??減與光強成正比，可以得到：??

劉洋等：基于光學衰減原理的鹽水置換和混合流動研究??１８６５??８期??閘閥１??進水閘閥??模稍??回水高位鹽水箱??＾＿鹽水閘閥２??圖５鹽水模擬實驗臺示意圖??Ｆｉｇ．?５?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｓａｌｔ－ｂａｔｈ?ｍｏｄｅｌ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ａｐｐａｒａｔｕｓ??圖５中居中為清水箱（１．２?ｍｘ０．６?ｍｘ０．６?ｍ），模??擬外界自然環(huán)境。清水箱右側(cè)設置清水補水箱和溢??水管，用來稀釋和置換清水箱內(nèi)的鹽水以及維持清??水箱的動態(tài)平衡。清水箱內(nèi)為模型水箱（０．３?ｍｘ０．２??ｍｘ０．２５ｍ），模擬實際建筑內(nèi)的自然通風，模型水箱??上下均設有孔徑為５．５?ｃｍ和１．８?ｃｍ的孔口，作為通??風口，上部設有鹽水噴嘴。清水箱左側(cè)為鹽水儲箱，??用于制備儲存具有一定染料顏色和一定鹽水濃度的??混合溶液，通過水泵將鹽水輸送至高位鹽水箱，水??箱內(nèi)設置溢水管將多余鹽水輸送回鹽水儲箱以保持??高位鹽水箱液面高度恒定。鹽水閘閥和噴嘴間布置??流量計，用于計量進入噴嘴的鹽水流量。??實驗開始前在鹽水儲箱制備一定濃度的鹽水與??染料混合均勻，然后關閉鹽水出水閥門，啟動鹽水??泵，鹽水被抽到高位水箱內(nèi)，待高位鹽水箱液面穩(wěn)??定后，打開鹽水出水閥門，鹽水經(jīng)流量計通過噴嘴??直接流入模型內(nèi)部，在鹽水的密度差及羽流的卷吸??作用下，清水從模型水箱的上開口流入，下開口流??出，形成置換流動。模型水箱內(nèi)形成穩(wěn)定的分界面??時，表明此時已經(jīng)達到穩(wěn)定的流動狀態(tài)，通過對流??場圖像灰度的讀取，可得到鹽水的密度。模型上下??表面分布一定數(shù)量的圓孔，利用膠塞改變進出口面??積。在實驗過程中，鹽水溶液從上部噴嘴流

１８６６??工程熱物理學報??４１卷??結(jié)果如圖６所示。圖中用ａｉｎ表示上部進口面積，??三組不同組合上部進口面積分別為５２．７?ｃｍ２，?２８．９??ｃｍ２，?５２．７?ｃｍ２，?ａｃ）ｕｔ表示下部出口面積，分別數(shù)值為??２３．８?ｃｍ２，５．１?ｃｍ２，?５．１?ｃｍ２．由圖６可見，隨著時間??的延長，界面高度隨之增加，且與理論曲線能夠較??好的吻合。??著有效面積的增加而減校從圖７中可以看出，卷??吸系數(shù)的取值明顯影響無量綱界面髙度和無量綱折??減重力加速度的計算結(jié)果。Ｌｉｎｄｅｎ在當時通常認為??的０．０７４？０．０９３范圍內(nèi)選擇了中間值０．０８３，實驗結(jié)??果與理論預測存在較大偏差??圖６無董綱時間與無量綱界面高度關系??Ｆｉｇ．?６?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ?ｔｉｍｅ?ａｎｄ??ｔｈｅ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｈｅｉｇｈｔ??實驗結(jié)果驗證了理論預測，即無量綱界面高度??與進出口面積組合無關，與氣流進出口膨脹系數(shù)無??關。由式（１１）、（１５）可以看出，入口膨脹系數(shù)通過改??變有效面積來影響模型中鹽水清空時間ｋ。根據(jù)式??（１０），通過開口流量正比于有效面積肀。由式（１１）??可得，當ａｏｕｔ顯著小于（ｚｉｎ時，Ａ＊?＜?＼／＾ａｏｕｔ；當ｃｉｉｎ??明顯小于時，＜?＼／＾＾當出口面積保持在??５．１?ｃｍ２時，進口面積由２８．９?ｃｍ２增加到５２＿７?ｃｍ２，??即ｆｌｏｕｔ明顯小于ａｉｎ時，膨脹系數(shù)Ｃ在０．５？１范圍??內(nèi)有效面積最多增加了?２．１％，清空時間減少了??不到５％，在此條件下置換流動流量沒有發(fā)生明

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]煙氣運動的鹽水模擬實驗[J]. 麻柏坤,張人杰,張和平,霍然.  實驗力學. 1994(04)

碩士論文
[1]熱壓驅(qū)動下的置換式自然通風實驗研究[D]. 王磊.哈爾濱工業(yè)大學 2006



本文編號：3504968