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双球颗粒对平板边界层流场结构的影响

丁明杰 董林 班润泽 封凯缤

丁明杰, 董林, 班润泽, 封凯缤. 双球颗粒对平板边界层流场结构的影响[J]. 上海工程技术大学学报, 2023, 37(3): 263-271. doi: 10.12299/jsues.23-0139
引用本文: 丁明杰, 董林, 班润泽, 封凯缤. 双球颗粒对平板边界层流场结构的影响[J]. 上海工程技术大学学报, 2023, 37(3): 263-271. doi: 10.12299/jsues.23-0139
DING Mingjie, DONG Lin, BAN Runze, FENG Kaibin. Effect of two-sphere particles on flow field structure of flat plate boundary layer[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2023, 37(3): 263-271. doi: 10.12299/jsues.23-0139
Citation: DING Mingjie, DONG Lin, BAN Runze, FENG Kaibin. Effect of two-sphere particles on flow field structure of flat plate boundary layer[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2023, 37(3): 263-271. doi: 10.12299/jsues.23-0139

双球颗粒对平板边界层流场结构的影响

doi: 10.12299/jsues.23-0139
基金项目: 国家自然科学基金项目资助(12002199, 12072017, 303ZDIX2022105001)
详细信息
    作者简介:

    丁明杰(1998−),在读硕士,研究方向为颗粒流动,仿生旋流器. E-mail:173003110@qq.com

    通讯作者:

    董 林(1985−),副教授,博士,研究方向为颗粒流动控制,生物流体控制等. E-mail:donglin16@163.com

  • 中图分类号: V211.76

Effect of two-sphere particles on flow field structure of flat plate boundary layer

  • 摘要: 为掌握边界层粒子周围的流动结构,利用粒子图层测速(PIV)技术在雷诺数为500 ~ 2000范围内,对3种不同直径、6种不同间距下的粒子周围的流场特性进行了测量. 对流场特性分析的结果表明,随着流体速度和粒子直径的增加,粒子后端的漩涡区域逐渐被增强,会形成单个漩涡、镜像对称漩涡、一大一小旋向相反漩涡3种模式. 在观测的试验粒子中,10 mm粒子后端的漩涡区域最为显著;当粒子间距增大到一定阈值后,粒子后端的漩涡区域便不再随着间距的增大而被增强. 研究结果为进一步揭开边界层粒子周围的流动结构提供了试验依据.
  • 图  1  水槽示意图

    Figure  1.  Schematic of water channel

    图  2  拍摄区域

    Figure  2.  Camera area

    图  3  试验示意图

    Figure  3.  Experimental schematic

    图  4  试验场景

    Figure  4.  Experimental scene

    图  5  模型间隔图

    Figure  5.  Interval of model

    图  6  4 mm粒子平均流体速度和(x,z)平面流线分布图(0.16 m/s)

    Figure  6.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,z)-plane (0.16 m/s) of 4 mm particle

    图  7  7 mm粒子平均流体速度和(x,z)平面流线分布(0.16 m/s)

    Figure  7.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,z)-plane (0.16 m/s) of 7 mm particle

    图  8  10 mm粒子平均流体速度和(x,z)平面流线分布(0.16 m/s)

    Figure  8.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,z)-plane (0.16 m/s) of 10 mm particle

    图  9  4 mm粒子平均流体速度和(x,z)平面流线分布(0.21 m/s)

    Figure  9.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,z)-plane (0.21 m/s) of 4 mm particle

    图  10  7 mm粒子平均流体速度和(x,z)平面流线分布(0.21 m/s)

    Figure  10.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,z)-plane (0.21 m/s) of 7 mm particle

    图  11  10 mm粒子平均流体速度和(x,z)平面流线分布(0.21 m/s)

    Figure  11.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,y)-plane (0.21 m/s) of 10 mm particle

    图  12  4 mm粒子平均流体速度和(x,y)平面流线分布(0.16 m/s)

    Figure  12.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,y)-plane (0.16 m/s) of 4 mm particle

    图  13  7 mm粒子平均流体速度和(x,y)平面流线分布(0.16 m/s)

    Figure  13.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,y)-plane (0.16 m/s) of 7 mm particle

    图  14  10 mm粒子平均流体速度和(x,y)平面流线分布(0.16 m/s)

    Figure  14.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,y)-plane (0.16 m/s) of 10 mm particle

    图  15  4 mm粒子平均流体速度和(x,y)平面流线分布(0.21 m/s)

    Figure  15.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,y)-plane (0.21 m/s) of 4 mm particle

    图  16  7 mm粒子平均流体速度和(x,y)平面流线分布(0.21 m/s)

    Figure  16.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,y)-plane (0.21 m/s) of 7 mm particle

    图  17  10 mm粒子平均流体速度和(x,y)平面流线分布(0.21 m/s)

    Figure  17.  Mean fluid velocity and streamlines in (x,y)-plane (0.21 m/s) of 10 mm particle

    表  1  PIV分析条件

    Table  1.   Analysis condition of PIV

    分析条件方向
    (x,y)截面(x,z)截面
    图片分析数量10001000
    网格节点数110 × 50110 × 50
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    表  2  拍摄条件

    Table  2.   Filming conditions

    相机设置方向
    (x,y)截面(x,z)截面
    帧率/(帧·s-1)500500
    快门速度/s1/5001/500
    图像大小1024 × 4161024 × 416
    平均流速/(m·s-1)0.16 , 0.210.16 , 0.21
    图片数量30003000
    下载: 导出CSV

    表  3  雷诺数

    Table  3.   Reynolds number

    模型尺寸/mm转速/(r·min−1)
    20002500
    4562737
    79831291
    1014051844
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-08
  • 刊出日期:  2023-09-30

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