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输气管道内气液两相流流型监测技术研究摘要准确判断输气管道内气液两相流流型是深入输气管道工程研究与应用的基础。
本文分别介绍了垂直上行管段和水平管段两种情况下输气管道内气液两相流的流型的分类方法，分析了影响输气管道内气液两相流流型的主要因素，并研究了目前主要的输气管道气液两相流流型的监测技术，对于输气工程研究与应用具有重要现实意义。
关键字两相流；流型；监测技术1 气液两相流流型输气管道气液两相流在不同管道位置下由于重力影响将出现不同的流型，下面就两种典型的情况作简要介绍。
1.1 垂直上行管段中气液两相流流型实验研究表明，气液两相流在垂直上行管段中有有五种基本流型，分别为泡状流、段塞流、搅拌流、缕状环形流和分散环形流，如下图1所示。
1.2 水平管段中气液两相流流型通过观察，水平管段及近似水平管段气液两相流流型是相当复杂，重力分异作用造成了相对的不对称性。
然而，Oshinowo流型划分原则对流型作简单化处理，将气液两相流流型大致分为六种基本形式，分别为泡状流、塞状流、分层流、波状流、弹状流和环状流，如图2所示。
2 气液两相流流型影响因素气液两相流流型非常复杂且影响因素很多，其中主要影响因素有：流体物性、流量、管径尺寸、倾角以及流体在流动过程中的质量传递和热量传递等。
2.1流体流量流体流量可以用流速来反映，当流速改变时，管内流型将会有相应变化。
因此，流体流量是影响气液两相流流型的最主要因素。
目前大多数流型图都是利用气液两相的表观速度来划分的。
2.2流体物性流体物性是影响流型的重要因素之一。
液相粘度的大小决定着流体在流型转变过程中所需气量的多少，如果液体流速不变，则其粘度越大，所需气量越少。
2.3 管径尺寸不同的管径对相同的流体介质用进行输送，即使初始条件相同，且流体流速相同，但管径尺寸的不同，管内流体流型也是不相同的。
所以，不可忽视管径尺寸对流型的影响。
除此之外，管径尺寸还对流型的转换有影响。
2.4倾角国内外专家学者对倾角对流型的影响做了大量研究，结果表明，如果管段所处的倾角不同，管内流型转换所需的气体流量是不同的，且存在差别较大。
气固同轴射流流场特性PIV实验与CFD模拟巴忠仁;李俊国;冯荣涛;赵建涛;房倚天【摘要】以粒子图像流场测量(PIV)与计算流体力学(CFD)数值模拟相结合的方法,对气相和气固两相同轴射流流场特性进行了研究,探究了射流速度比、喷嘴直径、射流空间直径和射流出口直径对回流量和回流区域的影响规律.结果表明:射流区和壁面之间存在沿轴向延伸至整个射流长度的回流区域,中等Stokes数颗粒会随回流气体改变运动轨迹,聚集在低涡量高应变的回流涡点;射流速度比、喷嘴直径和射流空间直径对回流量影响显著,实验工况下的最大回流量是射流量的10.29倍;当射流充分发展后,射流出口直径对回流量没有影响.通过气固两相同轴射流流场特性的研究,为进一步阐明气固耦合的颗粒弥散机理提供了理论指导.【期刊名称】《化学反应工程与工艺》【年(卷),期】2018(034)004【总页数】10页(P307-316)【关键词】粒子图像测速;气固同轴射流;回流量;回流区域【作者】巴忠仁;李俊国;冯荣涛;赵建涛;房倚天【作者单位】中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院大学北京100039;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院大学北京100039;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001【正文语种】中文【中图分类】TQ051.1气固两相同轴射流是指气体和固体颗粒分别从同心圆形的孔口或喷嘴射入同一种或另一种流体的流动。
由于其在物料混合和热质传递等方面的优势[1]，在各种工业生产和能源转化等领域得到广泛应用[2,3]。
预测并控制射流流场结构对相关工业设备的设计、操作与优化具有重要的意义。
Rehab等[4]最早采用激光诱导荧光（LIF）技术对单相同轴射流近场流场结构进行了可视化研究，发现当外通道与内通道射流速度比大于1时，外部射流控制着近场的流动结构；初始混合区和过渡区内存在内射流核心区、外射流核心区、内混合区和外混合区；速度比是影响同轴射流流场结构的重要参数。
《水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》篇一一、引言随着能源、化工等领域的不断发展，水平管内气液两相流的研究变得日益重要。
在许多工业过程中，如石油开采、管道输送、冷却系统等，都需要对气液两相流进行深入的研究。
气液两相流的流型对管道的输送效率、安全性能以及系统设计都有重要的影响。
因此，本文对水平管内气液两相流的流型进行了数值模拟与实验研究，以期为相关领域的实际应用提供理论依据和参考。
二、流型分类与数值模拟方法水平管内气液两相流的流型主要分为泡状流、弹状流、泡状-弹状混合流、环状流等。
这些流型具有不同的流动特性和相互转换的规律。
为了更好地研究这些流型的特性，本文采用了数值模拟的方法。
数值模拟主要采用计算流体动力学（CFD）方法，通过建立数学模型，对不同流型下的气液两相流进行模拟。
在模拟过程中，考虑了流体物性、管道尺寸、流动速度等因素对流型的影响。
同时，采用适当的湍流模型和两相流模型，对气液两相的相互作用和流动特性进行描述。
三、实验研究方法与结果分析为了验证数值模拟结果的准确性，本文还进行了实验研究。
实验采用水平管道装置，通过改变气液流量、管道尺寸等参数，观察并记录不同流型下的流动特性。
实验结果表明，随着气液流量的增加，流型逐渐由泡状流向环状流转变。
在泡状流中，气泡分散在连续的液相中；在弹状流中，较大的气泡或气团交替出现在连续的液相中；而在环状流中，气体核心包裹着液体在管道中流动。
这些流型的转换规律与数值模拟结果基本一致。
此外，实验还发现，管道尺寸对流型也有显著影响。
当管道直径增大时，更易形成环状流；而当管道直径较小时，更易形成泡状或弹状流。
这为实际工程应用中管道设计和优化提供了重要的参考依据。
四、数值模拟与实验结果对比分析将数值模拟结果与实验结果进行对比分析，可以发现两者在流型转换规律和流动特性方面具有较好的一致性。
这表明本文采用的数值模拟方法具有较高的准确性和可靠性，可以为实际工程应用提供有效的预测和指导。
《现代流体测试技术》第九章粒子成像测速技术刘宝杰，于贤君2015年6月15日速度的定义是什么？能不能根据速度的定义直接测量速度？粒子图像测速技术：Particle Image Velocimetry简称PIVParticle Image Velocimetry 简称PIV典型的PIV原理图系统构成：PIV只能测量激光片光平面内的速度分量。
PIV 能干什么？加力燃烧室火焰稳定器流场：单点测量技术都能做到只有PIV技术能做到是一种全场测量技术，能够获得非定常流动的瞬态速度场。
测量速度快，周期短，成本低。
是一种先进的流场诊断技术。
激光散斑测速技术（固体力学）层流、射流和对流（流体力学）七十年代末八十年代初从而建立了流体力学的激光散斑测速技术！发现一般情况下添加的示踪粒子浓度不足以产生激光散斑！1984年：Pickering & HalliwellAdrianPIV技术诞生1985年全数字化的PIV和SPIV已经商品化1998年LDV PIV时间序列的空间单点测量在一个瞬时的空间多点测量时间统计平均瞬时速度场，由多个速度场平均获得统计平均数据由测量移动已知距离的时间来获得速度测量已知时间内粒子位移来获得速度测量统计的尺寸决定了空间分辨率最大的图象位移给出了空间分辨率测量时间长，实验消耗大测量时间短，实验消耗小对于粒子的跟随性要求相同选择的标准是什么？散射特性好跟随性好双腔的Nd：YAG激光器•脉冲光，10ns•能量高，50~1000mJ•频率较低，10~30Hz其它光源为什么要用脉冲光？3．图像记录•胶片式照相机•数码照相机（CCD,CMOS）4．图像处理：4．图像处理：4．图像处理：4．图像处理：1.杨式条纹法2.自相关方法3.互相关方法PIV图像分析过程示意图4．图像处理：4．图像处理：He－Ne激光器杨氏条纹观测平面CCD摄像机L1L2二维扫描移动支架三维扫描移动支架控制电机图像处理计算机PIV底片杨氏条纹法自动判读系统示意图4．图像处理：自相关(Auto-Correlation)方法两次Fourier变换的结果最大峰值和次大峰值之间的距离即为粒子的位移！自相关第二次FFT变换方向如何确定？有噪音后会是什么情况？互相关第三次FFT变换4．图像处理：互相关（Cross-Correlation）方法方向如何确定？有噪音后是什么情况？自相关和互相关的对比#空间分辨率高；#测量的动态范围大；#查问域的偏移量允许有更多的有效粒子对；#不需要像移装置。
粒子图像测速技术（PIV）1．PIV简介粒子图像测速技术(PIV)作为一种全新的无扰、瞬态、全场速度测量方式，在流体力学及空气动力学研究领域具有极高的学术意义和有效价值。
粒子图像测速技术（PIV）是一种用多次摄像以记录流场中粒子的位置，并分析摄得的图像，从而测出流动速度的方式。
PIV是流场显示技术的新进展。
它是在传统流动显示技术基础上, 利用图形图像处置技术进展起来的一种新的流动测量技术。
综合了单点测量技术和显示测量技术的优势, 克服了两种测量技术的弱点而成的, 既具有了单点测量技术的精度和分辨率, 又能取得平面流场显示的整体结构和瞬态图像。
图1. 粒子图像测速技术2．PIV的原理PIV技术原理简单，确实是在流场中撤入示踪粒子，以粒子速度代表其所在流场内相应位置处流体的运动速度．应用强光(片形光束)照射流场中的一个测试平面，用成像的方式(照像或摄像)记录下2次或多次曝光的粒子位置，用图像分析技术取得各点粒子的位移，由此位移和曝光的时刻距离即可取得流场中各点的流速矢量，并计算出其他运动参量(包括流场速度矢量图、速度分量图、流线图、漩度图等)。
因采纳的记录设备不同, 又别离称FPIV ( 用胶片作记录) 和数字式图像测速DPIV（用CCD相机作记录)。
3．PIV系统组成PIV系统通常由三部份组成, 每一部份的要求都相当严格。
图2. 粒子图像测速系统结构（1）直接反映流场流动的示踪粒子。
除要知足一样要求( 无毒、无侵蚀、无磨蚀、化学性质稳固、清洁等) 外,还要知足流动跟从性和散光性等要求。
要使粒子的流动跟从性好, 就需要粒子的直径较小, 但这会使粒子的散光性降低,不易于成像。
因此在选取粒子时需综合考虑各个因素。
总之, 粒子选取的原那么为: 粒子的密度尽可能等于流体的密度,粒子的直径要在保证散射光强的条件下尽可能的小, 一样为拜m 量级。
经常使用的示踪粒子有聚苯乙烯、铝、镁、二氧化钦、玻璃球等。
柴油机汽缸内气流运动实验研究中, 最常利用的示踪粒子有二氧化钦、铝粉等。
南京理工大学课程考核论文课程名称：图像传感与测量论文题目：粒子图像测速技术姓名：陈静学号： 314101002268 成绩：任课教师评语：签名：年月日粒子图像测速技术一、引言粒子图像测速技术即PIV（Particle Image Velocimetry）是流场显示技术的新发展。
它是在传统流动显示技术基础上，利用图形图像处理技术发展起来的一种新的流动测量技术。
湍流、复杂流动、非定常流动等现象一直是流体力学中重要的研究对象及疑难问题，因此开发适于流体运动研究的方法与技术也始终是一个重要的课题[1]。
早期发明的热线热膜流速计(简称HWFA)至今已有80多年的历史，曾经为流动测量特别是湍流的研究立下过汗马功劳。
这项技术的最大缺点是接触式测量，对流场有较大的干扰[2]。
20世纪60年代发展起来的激光多普勒测速仪(简称LDV)，利用流场中粒子的散射，测量散射光对原入射光的多普勒频移量，计算粒子的运动速度，实现了对流场的无接触测量[3]，这种技术具有极好的时间分辨率和空间分辨力，可做三维测速，已经成为流速测量的标准技术并得到了广泛应用。
然而，它和热线流速仪一样，都只是单点测量技术，难以实现对流场的全场、瞬态测量。
20世纪80年代发展起来的粒子图像测速技术则是在流动显示的基础上，充分吸收现代计算机技术、光学技术以及图像分析技术的研究成果而成长起来的最新流动测试手段，它不仅能显示流场流动的物理形态，而且能够提供瞬时全场流动的定量信息，使流动可视化研究产生从定性到定量的飞跃。
二、主要内容1.粒子图像测速技术的原理粒子图像测速技术原理简单，就是在流场中撤入示踪粒子，以粒子速度代表其所在流场内相应位置处流体的运动速度。
应用强光(片形光束)照射流场中的一个测试平面，用成像的方法(照像或摄像)记录下两次或多次曝光的粒子位置，用图像分析技术得到各点粒子的位移，由此位移和曝光的时间间隔便可得到流场中各点的流速矢量，并计算出其他运动参量(包括流场速度矢量图、速度分量图、流线图、漩度图等)[4]。
基于粒子图像测速技术(PIV)的砂箱物理模拟实验研究【摘要】本研究基于粒子图像测速技术(PIV)，通过砂箱物理模拟实验研究了流场的特性。
在实验中，我们设计了相应的实验装置并设定了合适的实验条件，通过对实验结果进行分析并采用适当的数据处理方法，得出了详细的模拟结果并进行了对比。
研究背景提出了该领域的研究现状，研究目的明确了本研究的目标，研究意义探讨了该研究对相关领域的推动作用。
最后结论部分总结了本研究的成果，并展望了未来的研究方向，同时总结了本研究的创新点。
通过本研究，我们深入探讨了流场特性，并为相关领域的研究提供了有益的参考。
【关键词】粒子图像测速技术(PIV)、砂箱物理模拟实验、实验装置、实验条件、实验结果、数据处理、模拟结果、研究背景、研究目的、研究意义、研究总结、未来展望、创新点1. 引言1.1 研究背景粒子图像测速技术(PIV)是一种用于测量流体运动速度场的先进技术，通过跟踪流体中的微小颗粒运动轨迹，可以获取流场中各点的速度信息。
在流体力学研究中，PIV技术已被广泛运用于风洞实验、水动力学模拟、气体动力学研究等领域。
对于颗粒流体混合的复杂情况，如砂土流动等，PIV技术的应用尚处于探索阶段。
砂土是一种典型的颗粒流体，其运动特性受多种因素影响，包括颗粒间的相互作用、外界环境的影响等。
通过结合PIV技术，我们可以实时监测砂土流体的速度场分布，并进一步分析砂土流动的规律和特性。
这对于增强对砂土运动机理的理解，提高土壤工程建模的准确性具有重要意义。
本研究旨在利用PIV技术对砂土流动进行实验模拟研究，探索砂土颗粒在流动过程中的运动规律，为土壤工程领域提供新的研究思路和技术支持。
通过这项研究，我们有望揭示砂土颗粒流动的内部机制，为工程实践提供更加科学和可靠的依据。
1.2 研究目的。
本实验旨在利用基于粒子图像测速技术(PIV)的方法，对砂箱物理模拟实验进行研究，以探究不同条件下砂土颗粒运动规律和流体-颗粒相互作用机理。
PIV实验技术报告摘要：本文介绍了PIV（粒子图像测速）实验技术的原理、仪器设备、实验过程和数据处理方法。
通过PIV实验，可以精确地测量流体介质中的速度分布，并对流场的运动特性进行分析和研究。
实验结果表明，PIV技术是一种高精度、高分辨率的流场测量方法，对于流体力学研究和工程应用具有重要意义。
1.引言粒子图像测速(PIV)是一种用于测量流体介质中速度场分布的非接触式测量方法。
它通过在流场中添加颗粒或通过实验液体中的已有颗粒来测量流场中颗粒的运动轨迹，并利用计算算法来获得流场中的速度矢量场。
本文主要介绍PIV技术的原理、仪器设备、实验过程和数据处理方法。
2.原理PIV实验的基本原理是通过拍摄两幅连续时间间隔极短的图像，再通过计算机处理这两幅图像来获得流场速度分布。
实验中，通过成像装置将流场中的颗粒的二维图像记录下来，并通过图像处理软件对这些图像进行处理，得到颗粒运动的位移信息。
根据颗粒在两幅图像中的位置变化以及两幅图像之间的时间间隔，可以计算出流场中颗粒的平均速度。
3.仪器设备PIV实验所需的主要仪器设备有：激光器、摄像机、成像装置、实验容器和图像处理软件。
激光器用于提供激光光源，摄像机用于捕捉流场中颗粒的图像，成像装置用于将颗粒的图像传送给摄像机进行记录，实验容器用于容纳流体介质，图像处理软件用于对图像进行处理和分析。
4.实验过程PIV实验的基本步骤包括：实验准备、实验装置安装、调试系统、进行实验和数据处理。
实验前需要根据具体情况选择合适的颗粒，并进行流动性能测试以确定实验参数。
然后需要根据实验要求进行装置安装和调试，确保实验装置的稳定性和准确性。
实验过程中，通过激光照射流体中的颗粒，并通过摄像机记录颗粒的图像。
最后，通过图像处理软件对图像进行处理和分析，得到流场的速度分布数据。
5.数据处理方法PIV实验得到的数据需要经过一系列处理方法来提取有用的流场信息。
数据处理方法包括：图像预处理、图像匹配、自相关分析、位移矢量计算和速度矢量分析。
基于粒子图像测速技术(PIV)的砂箱物理模拟实验研究【摘要】本研究基于粒子图像测速技术(PIV)，通过砂箱物理模拟实验探究颗粒在不同特定流场下的运动规律。
在实验设计中，我们搭建了流动场装置，并通过PIV技术实时捕捉颗粒运动图像。
测速原理部分介绍了PIV技术的工作原理及应用。
在数据处理方法中描述了如何处理和分析实验数据，结果分析部分详细探讨了实验结果及颗粒运动规律。
实验验证部分通过与理论模型对比进行验证。
最后结论部分总结了实验结果，展望了PIV技术在地质工程领域的应用前景。
本研究将深入探讨颗粒在复杂流场下的运动规律，为解决地质工程中的颗粒运动问题提供理论支持。
【关键词】粒子图像测速技术(PIV)、砂箱物理模拟、实验设计、测速原理、数据处理方法、结果分析、实验验证、实验结果总结、技术应用展望、研究背景、研究意义1. 引言1.1 研究背景随着科学技术的不断进步，粒子图像测速技术(PIV)在流体力学研究中得到了广泛应用。
砂箱物理模拟实验是一种常用的流体力学实验方法，通过在实验室环境中模拟真实的地质流体运动情况，可以帮助研究人员理解地下水流、地表水流、河道水流等现象的规律。
传统的砂箱物理模拟实验存在着一些局限性，比如实验数据获取困难、测速精度低等问题。
而基于粒子图像测速技术的砂箱物理模拟实验则能够更准确地获取流体速度场信息，提高实验数据的准确性和可靠性。
本研究旨在结合粒子图像测速技术和砂箱物理模拟实验，探讨如何应用PIV技术提高砂箱实验的测速精度，以及进一步揭示地下水流或地表水流等流体运动规律。
这将为地质工程领域提供更为准确的实验数据和分析方法，具有重要的理论和实践意义。
1.2 研究意义基于粒子图像测速技术(PIV)的砂箱物理模拟实验研究具有重要的理论和应用价值。
通过这种技术可以精确地测量流体中颗粒的速度和运动轨迹，从而揭示颗粒在流场中的动力学行为和相互作用规律，为颗粒物理学和流体力学等领域的研究提供重要的实验数据。
粒子影像测速(PIV)技术概述1.PIV技术介绍1.1.引言目前为止，人类对流体力学仍有许多疑难问题，如对湍流、非定常流动等现象了解甚少，而在许多工程应用如飞行器外形设计、内燃机燃烧室中的多相流动等中又迫切需要解决这些问题，因而使流场测量问题变得极为重要。
流场测速新方法研究中，至今已发展了激光多普勒测速LDV(Laser Doppler Velocimetry)、粒子影像测速PIV(Particle Image Velocimetry)等技术。
LDV的综合性能较高，具有高精度、高分辨率和非接触测量等优点，通常作为仪器标校技术使用，但LDV只能实现单点测量。
PIV技术是一种全场、动态、非接触测量手段，已获得广泛使用，成功应用于风洞、水洞、水槽燃烧及喷射等实验中。
PIV研究始于上个世纪80年代，随着光学和计算机图像处理技术的迅猛发展，PIV取得了长足进步，测量精度已与LDV接近。
1.2.PIV原理图1是PIV 技术应用的简单原理图。
散播在流场中的跟随性及反光性良好的示踪粒子，由激光光束首先入射到一组球面透镜上，经聚焦后通过全反射镜至一组可调的柱面透镜形成具有一定厚度的片光，照亮流场中特定的区域，此时经过此区域的示踪粒子被照亮，通过CCD（CMOS）成像设备进行成像。
对这个特定的区域在一定时间间隔内利用图1 PIV简单原理图激光脉冲连续照亮两次，就能得到粒子在第一次照亮时间t 和第二次照亮时间t’的两个图像，对这两幅图像进行互相关分析，就能得到流场内部的二维速度矢量分布。
在利用PIV 技术测量流速时,需要在二维流场中均匀散布跟随性、反光性良好且比重与流体相当的示踪粒子。
将激光器产生的光束经透镜散射后形成厚度约1 mm 的片光源入射到流场待测区域,CCD 摄像机以垂直片光源的方向对准该区域。
利用示踪粒子对光的散射作用,记录下两次脉冲激光曝光时粒子的图像,形成两幅PIV 底片(即一对相同待测区域、不同时刻的图片) ,底片上记录的是整个待测区域的粒子图像。
