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曝气池中气液两相流粒子图像测速技术及逆解析研究

刘晓辉  
【摘要】: 气液两相流广泛应用于工程和环境领域,但是迄今人们对气液两相流中仍有许多问题不甚清楚,如湍流、非定常流动、两相相互作用、两相传质、传热的机理等,而在许多工程应用中又迫切需要解决这些问题。因此,对气液两相流场进行测量得到全场信息是非常重要的。 本文采用粒子图像测速技术和逆解析方法来研究气液两相流。完成的工作有:在粒子图像测速原理的基础上研究了基于快速傅立叶变换的粒子图像测速算法;总结了五种传统两相粒子图像测速相分离方法并初步探讨了这五种方法的优缺点;初步研究了逆解析原理和逆解析涉及到的气泡迁移运动方程的求解,并对方程中的阻力系数和升力系数进行了初步探讨;在Windows操作系统上,采用VisualC++语言开发了粒子图像测速和逆解析程序,并采用数学方法合成的粒子图像和泰勒格林涡对其进行了校验;最后实验研究了气液两相流在曝气池实验装置中的流动情况,并应用程序对其进行了计算分析。 本文获得的主要结论如下: (1)基于快速傅立叶变换的粒子图像测速技术可以高效,快速的处理序列粒子图像得到流场并得到其它运动参量,其全场相关系数可达0.8左右,但是该算法在流场中流速和流速梯度大的区域较易产生错误矢量。 (2)逆解析的效果随已知气相速度场速度矢量个数的增多而逐渐增大,但增大到一定程度时,其对逆解析效果的影响不是很明显。对于逆解析速度相关系数要达到0.9以上,需要已知超过全场气相速度矢量个数的1/6。 (3)在曝气池实验装置中,气液两相流呈现三种流动状态。当气液两相流处于状态3时,气泡在曝气池实验装置中具有最大的停留时间和较大的速度紊动强度,使氧转移速率和效率大大提高,因此曝气池的选型应使气液两相流呈状态3的流动情况。


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