為研究過渡流下順排圓柱列的流動規(guī)律,搭建了開式循環(huán)水槽。利用粒子圖像測速（PIV）技術(shù),在確定縱向間距（PT）及雷諾數(shù)（Re）的情況下,改變橫向間距（Ps）,從而對順排圓柱列的瞬時場及時均流場進行可視化實驗研究。實驗結(jié)果表明在Re=150,PT=2.5D,Ps=2D～6D的工況下,上游圓柱與下游圓柱間距直接影響圓柱列流場換熱效果。當(dāng)Ps在2D～3D之間,上游圓柱與下游圓柱之間流場為回流死區(qū),該區(qū)間換熱效果差;Ps由3D增加至4D時,上游圓柱與下游圓柱之間流場由穩(wěn)態(tài)變?yōu)榉欠�(wěn)態(tài);Ps由4D增加至6D時,上游圓柱與下游圓柱之間流場區(qū)域的洗刷效應(yīng)減弱,且Ps=4D時,該區(qū)域的周期性更加明顯。 

【文章來源】：機械設(shè)計與制造. 2020,(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

Re=150,Y/D=1.25下，不同橫向間距下的速度比值分布

Re=150,Y/D=1.25下，不同橫向間距下的速度比值分布，（其中將下游圓柱的中心點設(shè)為X/D=0,U0為來流速度，U為X方向上的速度分量），如圖6所示。由圖6結(jié)合圖4，圖5可知確定Re=150,PT=2.5D，當(dāng)Ps=2D,3D，上游圓柱與下游圓柱之間流場的U/U0均小于0，由此可判斷上游圓柱與下游圓柱之間流場主要以回流死區(qū)的形式存在，該區(qū)域的對流換熱效果較差。當(dāng)Ps=4D,5D,6D，上游圓柱與下游圓柱之間流場的（U/U0)min隨著橫向間距的增大而增大，說明在指定的橫向間距下下游圓柱對上游圓柱尾流存在抑制作用。在距離下游圓柱中心為1D的前端截面上，比較Ps=4D,5D,6D下的速度相關(guān)量比值分布。如圖7可知Ps=4D時，距離下游圓柱中心為1D的前端截面上的速度相關(guān)量對應(yīng)的4個峰值明顯比Ps=5D以及Ps=6D時大，且該截面上對應(yīng)的峰值大小與橫向間距呈負相關(guān)。在距離下游圓柱中心點X方向的前方1.5D處，選取檢測點。左邊為監(jiān)測點Y方向速度隨時間變化曲線，右邊為對應(yīng)的FFT變換后頻譜圖，如圖8所示。由圖8可知Re=150，當(dāng)Ps=4D時，周期性性十分明顯；當(dāng)Ps=5D,6D時，該監(jiān)測點的周期性較弱。結(jié)合圖7不同橫向間距下的瞬時渦量圖可知當(dāng)Ps=4D時，上游圓柱尾流所產(chǎn)生的正負渦在脫落之前經(jīng)過下游圓柱且尾流被下游圓柱抑制但上游兩圓柱相對無干擾，故在監(jiān)測點位置區(qū)域并未被干擾。當(dāng)Ps=5D時，上游圓柱尾流所產(chǎn)生的正負渦有種脫落的趨勢，由于縱向間距不大而橫向間距偏大，在正負渦稍擴散的情況下相互干擾，導(dǎo)致該監(jiān)測點周期性相對于Ps=4D時明顯減弱。當(dāng)Ps=6D時，上游圓柱尾流所產(chǎn)生的正負渦開始脫落，并互相干擾導(dǎo)致監(jiān)測點位置區(qū)域干擾性加強從而周期性減弱。由此可判斷Ps=4D時，上游圓柱與下游圓柱之間流體存在正負渦且受到擠壓，該處洗刷效應(yīng)[12]加強，從而換熱效果得以強化。圖8 Re=150，不同橫向間距下的監(jiān)測點Y方向的速度-時間變化曲線及FFT變換后的頻譜圖

PIV系統(tǒng)是一種通過光學(xué)圖像處理技術(shù)從而能在流場中多點測量粒子和流體的速度的可視化裝置，主要由兩大系統(tǒng)組成，即成像系統(tǒng)以及分析顯示系統(tǒng)。設(shè)置激光脈沖同步器的相關(guān)參數(shù)可以控制激光脈沖的擊打頻率并適時捕捉所需粒子運動圖像等數(shù)據(jù)。用圖像獲取器讀取粒子運動圖像并存儲實驗數(shù)據(jù)，由Insight 4G處理實驗數(shù)據(jù)，并由Tecplot后處理顯示粒子的運動規(guī)律及速度矢量圖。PIV系統(tǒng)采集兩幀圖像并存儲到不同文件，利用數(shù)據(jù)的互相關(guān)性處理實驗數(shù)據(jù)，就可避免速度矢量圖的無序性。在水槽中加入適量直徑為14μm的鍍銀玻璃球，脈沖激光源打出平行于水槽底部的片光源，用CCD相機記錄示蹤粒子的運動軌跡。PIV實驗臺示意圖，如圖1所示。水流從水泵7抽出通過上行水管打到上水箱1，上水箱1中儲蓄的水經(jīng)過隔膜閥2的調(diào)控進入水槽的整流段3，整流段3中分布阻尼網(wǎng)，蜂窩器等對水流進行整流后進入收縮段4，收縮段4采用三次方曲線擬合，水流經(jīng)過收縮段4后均勻穩(wěn)定，實驗段5位于收縮段4后，其中實驗段5的尺寸為長3.6米，寬0.3米，水經(jīng)由實驗段5后進入下水箱6，然后再循環(huán)到水泵7的位置形成一個水循環(huán)體系，如圖2所示。實驗臺實物圖，如圖3所示。4個直徑均為10毫米的圓柱按順排的方式排列制作順排實驗?zāi)Ｐ汀㈨樑拍Ｐ头胖脤嶒灦蔚闹虚g位置，且順排圓柱列的上游圓柱中心距來流入口處的間距為30D，實驗在常溫下進行。實驗臺的可靠性及穩(wěn)定性已在文獻[11]中論證。


本文編號：3435483