實施色流顯示試驗和粒子圖像測速（PIV）流場測速試驗對環(huán)隙流場動力特性進(jìn)行定性及定量分析,揭示內(nèi)圓臺轉(zhuǎn)速和環(huán)隙寬度對環(huán)隙流動特性的影響.通過解析速度場獲取環(huán)隙徑向速度及渦量分布、時均流場、雷諾應(yīng)力等關(guān)鍵流場信息,在泰勒渦演變周期性規(guī)律的定性認(rèn)知基礎(chǔ)上研究泰勒渦動力機(jī)制.試驗結(jié)果表明:當(dāng)環(huán)隙寬度不變時,隨著內(nèi)圓臺轉(zhuǎn)速增大泰勒渦演變周期縮短;當(dāng)轉(zhuǎn)速為9.38 r/min時,渦B1出現(xiàn)先分裂后又融合的特征,體現(xiàn)為環(huán)隙流場穩(wěn)定性減弱;當(dāng)轉(zhuǎn)速為9.38～20.68 r/min時,靜壓力主導(dǎo)流動狀態(tài)形成弧形向內(nèi)流動趨勢;當(dāng)轉(zhuǎn)速≥24.44 r/min時,環(huán)隙內(nèi)形成弧形外向流動趨勢,說明離心力主導(dǎo)當(dāng)前流態(tài);雷諾應(yīng)力隨轉(zhuǎn)速增大而增大,且雷諾徑向正應(yīng)力>雷諾軸向正應(yīng)力>雷諾切應(yīng)力.當(dāng)內(nèi)圓臺轉(zhuǎn)速不變時,隨著環(huán)隙寬度增大泰勒渦穩(wěn)定性先增后減;各工況下環(huán)隙流態(tài)主要呈現(xiàn)弧形內(nèi)向流動趨勢,說明環(huán)隙流場中的靜壓力總是大于離心力. 

【文章來源】：華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,48(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

試驗方案

·90·華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第48卷體會出現(xiàn)二次流動，形成等距排列對轉(zhuǎn)的泰勒渦，而圓柱間的流態(tài)是由內(nèi)外圓柱轉(zhuǎn)速決定[1-2]．同軸旋轉(zhuǎn)圓臺環(huán)隙流動為同軸旋轉(zhuǎn)圓柱環(huán)隙流動的擴(kuò)展，同軸旋轉(zhuǎn)圓臺和圓柱在環(huán)隙流動特性上有很大不同[3]．同軸旋轉(zhuǎn)圓柱的離心力沿著軸向方向均勻分布，而同軸旋轉(zhuǎn)圓臺的離心力則是沿著軸向線性變化，從而使得環(huán)隙內(nèi)流動復(fù)雜多變[4-5]．同軸旋轉(zhuǎn)圓臺內(nèi)外圓臺間隙小而轉(zhuǎn)速高時，具有反應(yīng)空間小和高剪切力的特點，可以應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器的設(shè)計[6]．此外，同軸旋轉(zhuǎn)圓臺環(huán)隙流動特性研究揭示的旋轉(zhuǎn)流體湍流控制的有效途徑，對于提升慣性約束核聚變成功率及旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器中納米材料反應(yīng)物摻混效率具有顯著的工程意義[7-8]．就該領(lǐng)域而言，文獻(xiàn)[9]指出內(nèi)外圓臺之間的環(huán)隙大小對裝置內(nèi)流動具有很大的影響，相同條件下環(huán)隙的尺寸影響最終形成的泰勒渦對數(shù)，環(huán)隙尺寸增加時泰勒渦對數(shù)減少．文獻(xiàn)[10]指出自由液面會顯著影響流場，環(huán)隙內(nèi)流體是自由液面的情況與完全充滿液體的情況相比，出現(xiàn)環(huán)形渦流的臨界雷諾數(shù)較�。墨I(xiàn)[11]對圓臺環(huán)隙內(nèi)流動進(jìn)行了數(shù)值模擬和理論分析，計算了泰勒渦的雷諾數(shù)理論估算值．文獻(xiàn)[12]采用粒子圖像測速(PIV)技術(shù)對TC流場進(jìn)行測量，獲得各轉(zhuǎn)速下流場信息，給出TC流中層流渦、波狀渦、調(diào)制波狀渦和湍流渦的旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)范圍．本研究提出通過色流顯示及PIV流場測速試驗以獲取環(huán)隙流動細(xì)膩流場信息，研究不同內(nèi)圓臺轉(zhuǎn)速及環(huán)隙寬度條件下的同軸旋轉(zhuǎn)圓臺環(huán)隙流動不穩(wěn)定性觸發(fā)條件、影響因素及控制途徑，揭示環(huán)隙內(nèi)泰勒渦運動的周期性規(guī)律，分析環(huán)隙流場特性并探明渦動力機(jī)制．1試驗裝置及方案試驗設(shè)備主要包括鋁框?

處理獲得子午面流動速度矢量場及渦量分布．圖3為環(huán)隙寬度14mm，內(nèi)圓臺轉(zhuǎn)速5.63r/min工況下，環(huán)隙中軸線徑向速度(U)在0～14s內(nèi)的分布特征，h為水位高度．在環(huán)隙高度(0～1)d位置，隨著時間變化其徑向速度基本不變．在高度(1.0～2.5)d位置，0～4s時徑向速度只有一個零點，代表該位置只存在一個反渦；在6s時刻，徑向速度出現(xiàn)3個零點，說明該位置產(chǎn)生一對新渦；在8～14s內(nèi)，該新渦對不斷增長并向上移動．在高度2.5d以上位置，隨著時間發(fā)展徑向圖30～14s內(nèi)環(huán)隙中軸線徑向速度分布特征速度變化曲線向上移動．以高度為4d位置的正極值點為例，可見0～6s內(nèi)高度上移了約0.5d；由于在6s時刻產(chǎn)生新渦對，因此在8～14s內(nèi)上移速度明顯加快，高度上移了約0.8d．圖4為d=14mm，5.63r/min工況下，子午面中軸線渦量(V)的分布特征(0～14s)．渦量分布與徑向速度分布協(xié)調(diào)一致，在高度(0～1)d位置形成一個穩(wěn)定的正渦，其渦量基本不變．在高度(1.0～2.5)d位置，6s時刻生成一個新渦對，因此出現(xiàn)兩個渦量極值點；在8～14s內(nèi)，渦量極值點不斷上移，說明新渦對渦心不斷向上移動．在高度2.5d以上位置，隨著時間發(fā)展渦量變化曲線向上移動，且在新渦對產(chǎn)生以后其移動速度會加快．圖4子午面中軸線渦量分布特征3子午面時均流場3.1內(nèi)圓臺轉(zhuǎn)速對時均流場的影響通過對環(huán)隙內(nèi)流場進(jìn)行時均化處理得到時均流場()，從而分析環(huán)隙子午面流動趨勢．圖5為當(dāng)環(huán)隙寬度為14.0mm時，不同內(nèi)圓臺轉(zhuǎn)速下環(huán)隙子午圖5不同內(nèi)圓臺轉(zhuǎn)速下子午面時均流場(d=14mm)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3534104