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实探数理 智驱未来—粒子图像测速PIV测量系统在实验流体力学研究中的应用

8月20~23日,呼和浩特,以“实探数理,智驱未来”为主题的“第十四届全国实验流体力学学术会议”盛大召开。会议聚焦了“湍流与流动稳定性”、“高超声速空气动力学”、“水动力学及微纳尺度流动”等方向的前沿进展。

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千眼狼科学仪器携自主研发的高速摄像机、粒子图像测速PIV系统参会,并向参会专家学者展示了实验流体力学研究领域的经典应用。

1湍流与流动稳定性●喷射流中涡结构研究

喷射流是航空推进、燃烧系统等领域的核心流动形态,其射流剪切层中产生的涡旋结构是湍流能量串级的主要根源。深入理解涡旋的生成、演化、配对和破碎机理,有助于提升航空发动机效率。

利用千眼狼高频PIV系统可非接触式捕捉喷射流剪切层由Kelvin-Helmholtz不稳定性产生的初始涡环的瞬时结构,以及后续高度非定常的三维涡配对、拉伸和破裂过程。同时基于PIV获取的全场速度信息,利用Rflow流场测量软件精确计算Q准则等涡识别指标,将涡核结构与背景剪切流区分开来,实现涡旋结构定量表征。

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2气动力学●航空发动机进气道流场

航空发动机进气道设计必须在各种飞行工况下为压气机提供稳定、均匀的气流。来流分离涡及复杂的涡系结构会引发压气机喘振或失速,引发飞行安全。因此,对进气道流场,特别是大尺度分离涡结构的精确测量,是航空发动机进气道设计的核心环节。

采用千眼狼高速摄像机,可视化捕捉进气道唇口处边界层分离及角涡、马蹄涡的位置、强度、尺度及随时间的发展演变;利用PIV测量系统获取进口至出口段的速度矢量场和Q准则下速度等值面,清晰勾勒涡核的位置和形态。

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3水动力学●水流场的三维动力学特性

水力流是环境、地质及海洋工程中的重要现象。水力流的液液、液固碰撞过程伴随着复杂的涡旋生成、界面混合与涡量传输。

利用千眼狼层析PIV-3D3C系统,4台高速摄像机观测涡旋形成、发展与破裂过程,并实现水力流的三维空间流动结构重建,测量其内部的速度场和涡量场。

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4微纳尺度流动●微通道流场

微流控技术已广泛应用于芯片研发、生物医学工程等领域。微纳尺度下的流动特性受粘性力、表面张力主导,易出现滑移边界与非连续效应。

采用千眼狼显微PIV系统,结合高分辨率高速摄像机、显微光学系统,以微米级分辨率捕捉微通道内瞬态流动现象,并精确测量微通道内入口段、折弯段等重点道段的速度剖面,验证是否存在滑移速度和非连续性效应。

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从宏观航空推进到微观芯片流动,从单相湍流到复杂多相系统,千眼狼高速摄像技术与粒子图像PIV测速技术组合,实现复杂流动现象可观可测。随着多尺度PIV技术、超高速成像技术的发展,实验流体力学将在时空分辨率与数据多维深度解析方面迎来新一轮突破。

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