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---复杂流动显示实验报告一、实验目的1. 理解并掌握复杂流动的基本概念及其显示方法。
2. 通过实验，观察和分析复杂流动的动态特性。
3. 学会使用先进的测量技术，如粒子图像测速（PIV）和激光诱导荧光（LIF）等，对复杂流动进行可视化分析。
4. 培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理复杂流动是指具有多种流动现象和流动结构的流动，如湍流、涡流、边界层流动等。
为了研究这些流动，我们需要对它们进行可视化分析。
本实验采用粒子图像测速（PIV）和激光诱导荧光（LIF）两种方法对复杂流动进行观察和分析。
三、实验设备与材料1. 实验设备：粒子图像测速系统、激光诱导荧光系统、数据采集卡、计算机、分析软件等。
2. 实验材料：激光、悬浮粒子、透明液体等。
四、实验步骤1. 准备实验装置：将实验设备安装好，调整好激光束和悬浮粒子，确保实验条件满足要求。
2. 采集数据：启动数据采集系统，调整实验参数，如激光功率、曝光时间等，进行数据采集。
3. 数据处理：将采集到的数据导入计算机，使用分析软件进行处理，得到流动速度场、浓度场等信息。
4. 结果分析：根据实验数据，分析复杂流动的动态特性，如涡流、湍流等。
五、实验结果与分析1. 粒子图像测速（PIV）实验结果：- 通过PIV实验，我们观察到复杂流动中的涡流和湍流现象。
在实验过程中，激光照射到悬浮粒子上，粒子在流动中被照亮，形成图像。
通过分析图像，我们可以得到流动速度场。
- 结果显示，在复杂流动中，涡流和湍流现象普遍存在，且涡流的大小和形状随时间变化而变化。
2. 激光诱导荧光（LIF）实验结果：- 通过LIF实验，我们观察到复杂流动中的浓度场分布。
实验过程中，激光照射到荧光物质上，荧光物质被激发，产生荧光信号。
通过分析荧光信号，我们可以得到浓度场信息。
- 结果显示，在复杂流动中，浓度场分布不均匀，且存在明显的浓度梯度。
六、实验结论1. 复杂流动中存在多种流动现象，如涡流、湍流等，这些现象对流动特性产生重要影响。
研究生《流体力学实验》——飞机标模染色液流动显示实验报告班级姓名实验日期指导教师北京航空航天大学流体力学研究所一、实验目的1. 掌握染色流动显示技术的基本原理、应用方法和实验过程中应注意的技术问题。
2. 了解战斗机典型绕流现象和特性，包括机翼前缘涡（边条涡）、机头涡的形态、特征、涡系间相互作用，以及攻角影响等，并分析这些流动现象对飞机气动性能的影响。
二、基本原理流动显示技术是显示技术包括方法、设备、记录手段、图像处理和数据分析等方面，逐渐形成专门的实验技术。
水洞中常用的流动显示技术有氢气泡方法和染色方法等（属于示踪粒子方法），配以激光片光源等辅助手段可以得到很多有意义的细节结果。
染色线流动显示是在在被观测的流场中设置若干个点，在这些点上不断释放某种颜色的液体，它随流过该点的流体微团一起往下游流去，流过该点的所有流体微团组成了可视的染色线。
染料选取应注意：1.所选取的染料应使染色线扩散慢、稳定性好；2.染色液应与水流具有尽可能相同的密度（与酒精混合）；3.染料颜色与流场背景形成强的反差（荧光染料）注入方式；4.在绕流物体表面开孔；5.直接注入流场中所需要观测的位置。
本实验选用飞机标模，利用染色液方法观察其绕流的典型流动现象，重点关注机头涡、边条涡及其对基本翼（主翼也称后翼）流动的影响。
三、实验装置及模型1.实验模型飞机标模由机身、机翼、尾翼构成，见图2。
机身为尖拱型头部加圆柱形后体，机翼为大后掠边条加中度后略三角翼主翼，尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼（单立尾）。
各部分表面都布有染色液出孔。
2.实验风洞北航1.2米多用途低速串联水平回流式水洞。
该水洞实验段尺寸大、流场品质高，与同类设备比较，不但在国内领先，而且达到国际先进水平。
设备主实验段1.2米×1米×16米（高×宽×长），流速范围0.1～1.0米/秒。
主实验段主要流场品质：湍流度0.27％～0.45％，截面速度不均匀度：0.46％。
《柱塞泵配流副瞬态流场数值模拟与可视化试验研究》篇一一、引言柱塞泵作为液压传动系统中的关键元件，其性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。
配流副作为柱塞泵的核心部分，其瞬态流场的特性对泵的性能具有重要影响。
因此，对柱塞泵配流副瞬态流场进行数值模拟与可视化试验研究，有助于深入理解其流动特性，为优化柱塞泵的设计和提升其性能提供理论依据。
二、流场数值模拟方法在柱塞泵配流副瞬态流场的数值模拟中，我们采用了计算流体动力学（CFD）方法。
CFD是一种通过计算机求解流体控制方程来模拟和分析流体流动的技术。
通过建立配流副的三维模型，并设定合理的边界条件和初始条件，我们可以得到流场的瞬态变化情况。
在模拟过程中，我们采用了高精度的数值计算方法，如有限体积法或有限元法，对流场进行离散化处理。
通过求解离散化后的控制方程，我们可以得到流场中各个位置的流速、压力等参数的变化情况。
此外，我们还考虑了流体的物理性质，如密度、粘性等，以及流体与固体壁面的相互作用等因素，以更准确地模拟实际流场情况。
三、可视化试验研究为了验证数值模拟结果的准确性，我们进行了可视化试验研究。
通过高速摄像技术，我们可以实时观察配流副内部流场的动态变化情况。
同时，我们还采用了粒子图像测速（PIV）技术，通过在流场中加入示踪粒子并利用激光照射和图像处理技术，可以得到流场中各个位置的流速和流向信息。
在试验过程中，我们通过改变柱塞泵的工作条件（如转速、压力等），观察配流副内部流场的变化情况。
通过对比不同条件下的流场图像和数值模拟结果，我们可以验证数值模拟的准确性，并进一步分析配流副的流动特性。
四、结果与讨论通过对柱塞泵配流副瞬态流场的数值模拟与可视化试验研究，我们得到了以下结果：1. 配流副内部流场的瞬态变化情况。
我们观察到在柱塞泵的工作过程中，配流副内部流场呈现出复杂的流动特性，包括涡旋、流动分离等现象。
2. 数值模拟结果与可视化试验结果的对比。
我们发现数值模拟结果与试验结果在整体趋势上一致，但在某些细节上存在一定差异。
《现代流体测试技术》第三章流动显示技术刘宝杰，于贤君2015/6/15通过直观的影像可以看到什么？简单的物理现象可以揭示复杂的科学问题这些短片显示了气流的流动状态，都属于流动显示的范畴将看不见或者看不清的流动现象观测记录下来的方法就是流动显示。
要将复杂的流动现象显示出来，往往需要人为的创造条件，这就会形成不同的流动显示技术。
人们如何从“天圆地方”的认识转变到“地球是圆的”？人们的认识如何从“地心说”转变到“日心说”？人们从对各种物理现象的认识总是从最基本的感性层次开始，然后随着认识的加深而加以修正。
为什么要学习流动显示技术？•湍流的发现（O. Reynolds，1883）•激波的发现（E. Mach，1888）•附面层的发现（L. Prandtl，1904）•涡街（V. Karman，1919）•脱体涡流型（20世纪60年代）•湍流拟序结构/相干结构（S. J. Kline，1967）•大迎角分离流型（20世纪80年代）流体力学发展中的任何一次学术上的重大突破，及其应用于工程实际，几乎都是从对流动现象的观察开始的。
为什么要学习流动显示技术？⏹Da. Vinci（达. 芬奇，1452-1519）与流动显示湍流⏹Da. Vinci（达. 芬奇，1452-1519）与流动显示钝体绕流⏹O. Reynolds（雷诺，1842-1912）与流动显示Different Flow Phenomena in Tube流动显示技术的发展历史⏹Ernst Mach（马赫，1838-1916）与流动显示全尺寸风洞中车辆周围的烟线现代科学努力构造的世界图像不是来自推测，而是尽可能地来自事实，并依靠观察加以证实。
——马赫·E⏹L. Prandtl（普朗特，1875-1953）与流动显示Boundary Layer⏹S. J. Kline平板湍流附面层拟序结构的发现（Kline，1967）流动显示技术的发展历史达·芬奇雷诺马赫、普朗特Kline 被动记录（记录）主动观测（显示并记录）客观创造（创造环境，显示并记录）科学分析（有针对性地深入分析研究）科学技术发展的历史展示了人们对科学问题逐步认识的过程，也是我们研究问题最为合适的思考途径。
基于粒子系统的流场实时模拟
张尚弘;陈垒;赵登峰;王兴奎
【期刊名称】《水利水电技术》
【年(卷),期】2004(035)009
【摘要】数学模型计算结果的显示大多以后处理的形式出现,存在显示时间滞后、存储数据量大、无交互性等方面的不足.应用计算机图形学中的粒子系统来模拟流场,通过分析粒子的存储结构和出生、发展、消亡的生命历程对流场模拟的实时性和模拟效果的影响,从显示方面提高了系统运行的实时性与真实性;采用调整显示时间的方式实现计算和显示时间同步及数据的实时传输,开发了集实时计算和显示于一体的流场模拟系统.
【总页数】4页(P47-50)
【作者】张尚弘;陈垒;赵登峰;王兴奎
【作者单位】清华大学,水利水电工程系,北京,100084;中国长江三峡工程开发总公司,湖北,宜昌,443002;清华大学,水利水电工程系,北京,100084;清华大学,水利水电工程系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】TV135
【相关文献】
1.基于粒子系统的尾焰实时模拟 [J], 许春磊
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3.基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟 [J], 刘小玲;杨红雨;郭虎奇
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5.基于粒子系统的火箭尾焰实时模拟 [J], 白彬;李洪儒;叶鹏
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实验名称：流式分析仪器的原理与应用实验日期：2023年11月15日实验地点：流体力学实验室实验目的：1. 理解流式分析仪器的原理及其在流体力学中的应用。
2. 掌握流式分析仪器的操作方法及数据处理技术。
3. 分析流场参数，评估流场特性。
实验原理：流式分析仪器是一种用于测量流体流动参数的仪器，如流速、流量、温度、压力等。
本实验主要涉及基于激光多普勒测速仪（LDA）和粒子图像测速仪（PIV）的流场分析。
实验仪器：1. 激光多普勒测速仪（LDA）2. 粒子图像测速仪（PIV）3. 激光发射器4. 摄像机5. 流体动力学实验装置（如风洞、管道等）实验步骤：1. 准备工作：搭建实验装置，确保仪器正常工作。
2. 实验一：LDA测速：a. 在实验装置中设置待测流场。
b. 使用LDA仪器测量流场中的流速分布。
c. 通过数据处理软件分析LDA测量数据，得到流速分布图。
3. 实验二：PIV测速：a. 在实验装置中设置待测流场。
b. 使用PIV仪器测量流场中的流速分布。
c. 通过数据处理软件分析PIV测量数据，得到流速分布图。
4. 数据分析：a. 比较LDA和PIV测量得到的流速分布图，分析两种仪器的优缺点。
b. 计算流场关键参数，如平均流速、湍流强度等。
c. 分析流场特性，如是否存在涡流、分离区等。
实验结果与分析：1. LDA测速：a. 通过LDA测量得到的流速分布图，可以看出实验装置中流速的分布情况。
b. LDA仪器具有高测量精度和宽测量范围的特点，但在测量湍流时，可能会受到湍流脉动的影响。
2. PIV测速：a. 通过PIV测量得到的流速分布图，可以看出实验装置中流速的分布情况。
b. PIV仪器具有较高的测量精度和较高的空间分辨率，但在测量时需要添加示踪粒子，可能会对实验结果产生一定影响。
3. 数据分析：a. 比较LDA和PIV测量得到的流速分布图，可以看出两种仪器在测量流速分布方面具有一定的相似性。
b. 计算得到的流场关键参数，如平均流速、湍流强度等，可以为流体力学研究提供重要参考。
北京航空航天大学
能源与动力工程学院专业综合实验报告
班 级 100415 学 号 10041152姓 名 贾林江 评分 实验名称：涡轮叶栅流场显示实验 实验日期
一、实验目的
1、熟悉流动显示的实验方法，掌握通过实验观察来帮助认识流动机理这一重要的科研方法；
2、认识涡轮叶栅内复杂的非定常流动现象。
二、实验内容
1、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角情况下中间叶高通道内的非定常流场，认识不同攻角下涡轮叶栅压力面、吸力面附近以及通道中部的流动特点；
2、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角情况下中间叶高叶片尾迹的非定常流场，认识不同攻角下涡轮叶片尾迹的流动特点；
3、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角情况下涡轮端壁区二次流的非定常流场，认识不同攻角下涡轮叶栅端壁区前缘马蹄涡、通道涡、端壁附面层、叶背附面层、角区流动等以及它们相互作用、相互影响的非定常特点；
4、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角情况下涡轮端壁泄漏流的非定常流场，认识涡轮叶栅存在叶尖径向间隙后不同攻角下叶栅端壁泄漏流、泄漏涡、前缘马蹄涡、通道涡、端壁附面层、叶背附面层、角区流动等以及它们相互作用、相互影响的非定常特点，帮助理解涡轮内的流动现象。
三、实验设备
1、回流式水槽
图4.2 水槽平面图
水槽为上下循环的闭式结构，全长6.8米，分为四个部分：加速段，回流段，整流段和实验段。
其中水槽上层工作段长3000mm，宽700mm，高550mm；实验段长1000mm，宽700mm，高500mm（约数，视水位而定）。
水槽以叶轮机驱动水循环，来流速度在0～0.12m/s内连续可调。
2、电机电源及调压器
3、电解电源
4、电解电极
实验中利用铂丝或铜丝作为阴极，石墨作为阳极。
阴极布置在被观察流场的上游，阳极则置于下游被观察流场之后的水中。
5、光源
用灯光照亮被测流场中需要观察的区域，其余部分应尽量保持黑暗，以免影响观测效果。
最好采用片光源。
本实验采用便携式冷光手电两支，灯泡为25V冷光灯泡，并分别以灯架支撑。
6、涡轮叶栅模型
涡轮叶栅模型由四片有机玻璃叶片组成，叶片弦长104mm，叶片弯角66°，相对栅距0.78，展弦比1.101。
弦长雷诺数约为11000。
四、实验步骤
1、选择合适位置放置铂丝，连接信号发生器（注意电源正负极）
2、放置实验件
3、依次打开稳压电源（12－14伏）和信号发生器
4、打开光源（要同铂丝同等高度，注意保持水平），对准实验段
5、观测流动现象，进行实验
6、依次关闭稳压电源、信号发生器和光源。
五、实验结果与分析
在试验中观察到了涡轮叶栅压力面、吸力面及通道中部、尾迹区的流动特点与二次流、泄露流的相互作用、影响的非定常特点。
分析原因如下： 叶背分离：在逆压梯度下，叶背附面层分离
泄露流：叶背静压低于叶盆静压，导致叶盆高静压气流经叶尖潜流至叶背，产生泄漏涡
通道涡：叶盆高静压气流经过轮毂环壁的附面层流向叶背并卷起通道涡，通道涡总是成对出现
尾迹及尾迹回流区：上下表面附面层在后续会和而形成尾迹，在后续汇合处叶盆附面层产生一个低压区，气流通过压力梯度卷回此低压区，从而产生尾迹回流区。
六、思考题
涡轮叶栅存在与不存在径向间隙时，端壁区流动有何差别?会对涡轮的性能有何影响？
答：当涡轮叶栅不存在径向间隙时，端壁区流动不产生泄漏涡及回流、潜流，降低了涡轮流动损失，提高了涡轮效率。
