气相圆湍撞击流结构特性实验地研究

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1、AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringExperimentalInvestigationoftheCharacteristicsofFlowStructuresinRoundturbulentImpingingStreamsCandidate:JiangGuifengMajor:ThermalEngineeringSupervisor:Prof.LiuZhaohui

2、HuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaDecember,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了

3、解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要圆湍撞击流作为一种在工业上有着重要的应用的流动形式，越来越受

4、到国内外学者的关注。由于圆湍撞击流的流动非常复杂，目前有关撞击流的研究主要是关注工程实际中其湍流统计规律，而对于其流动结构的基础研究则很少。本文使用粒子图像测速仪(PIV)对撞击流的流动规律进行实验研究。首先根据近几年来有关撞击流的实验研究工作，设计和搭建小型撞击流的实验台架。通过设计不同雷诺数Re=2930、5850、9820和14600和不同间距L/d=5、12、20，分别进行圆射流、冲击射流以及撞击流的PIV实验测量。其次对圆射流、冲击射流以及撞击流的实验数据进行处理，得到三种流动的平均速度

5、、脉动速度，剪切应力、涡量、湍动能和耗散率等湍流统计量的流场分布规律。分析了三种流动形式，统计规律的异同。接着以本征正交分解(POD)法为基础，通过运用临界点识别原理建立了一套完善的流动结构分析方法。使用该方法对圆射流以及冲击射流的流场结构进行分析，得到了比较典型的流场结构，验证该方法的可靠性。最后通过对撞击流场进行POD结构分析，随着雷诺数的增加，撞击流流动结构有层流的涡对结构向湍流的涡系结构转变。间距大减小会导致撞击流流场结构转变雷诺数变大。对瞬时流场驻点的位置进行统计分析，得到撞击面震荡的规

6、律。通过对瞬时流场进行重建，利用撞击流场的结构特征，从介观尺度上对撞击面的摆动现象进行了合理的解释。关键词：圆射流，撞击流，拟序结构，PIV，PODI华中科技大学硕士学位论文AbstractTurbulentimpingingstreamshasawideapplicationsintheindustry,ithasattractedmoreandmoreattentionofinvestigators.Theturbulentimpingingstreamflowisverycomplex,ma

7、nystudiesfocusonthestatisticalregularityaboutengineeringpractice,howevertheresearchaboutthefundamentalcharacteristicsofimpingingstreamsareveryfew.Anexperimentalstudyoncharacteristicsofflowstructuresinroundturbulentimpingingstreamsbyusingparticleimagev

8、elocimetry(PIV)hasbeenintroducedinthispaper.Inthefirstofthispaper,asmallexperimentalsetupofimpingingstreamhasbeendesignedandconstructed,accordingtosomeexperimentalresearchsinrecentyears.Theturbulentroundjets,impingingjetandimpingingstreamwithd