玻璃球(20 mm)叉排多孔介質(zhì)流態(tài)特征實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、湍流機(jī)制和轉(zhuǎn)捩問題一直以來都是流體流動(dòng)最大的謎團(tuán)，該謎團(tuán)的破解可能會(huì)帶來非線性科學(xué)的重大突破。多孔介質(zhì)中的流體流動(dòng)更為復(fù)雜，對(duì)其規(guī)律的把握更加困難。然而由于其在自然界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)其轉(zhuǎn)捩問題和湍流特征的研究具有重要意義。本文利用PIV測(cè)試系統(tǒng)和Tecplot后處理軟件探究了20 mm叉排玻璃球床多孔介質(zhì)的流態(tài)特征，得到了該條件下流態(tài)隨雷諾數(shù)的變化規(guī)律和轉(zhuǎn)捩的相關(guān)特征。
　　使用Tecplot分析軟件，得到了不同

2、雷諾數(shù)下20 mm叉排玻璃球床多孔介質(zhì)中心截面的流場(chǎng)、流線和等渦量線圖。流場(chǎng)圖研究表明，在Re=4.7，流速小，分布均勻，在Re=23.3處流場(chǎng)已有變化，部分區(qū)域流速開始增大，Re=128.4時(shí)流場(chǎng)變化顯著，在Re=128.4，X軸100 mm至120 mm，在Y軸20 mm至40 mm之間的區(qū)域開始形成四邊形圖案，此圖案一直到Re=1000都穩(wěn)定存在，只是大小形狀隨雷諾數(shù)略有改變，體現(xiàn)了湍流擬序結(jié)構(gòu)的一般特征。根據(jù)流線圖，在Re=23

3、.3，流線已有一定程度的變化，在Re=217.8至Re=245.1間，流線及其分布發(fā)生了大的改變，在Re=128.4，在X軸100 mm至130 mm，在Y軸20 mm至80 mm之間的區(qū)域形成海螺狀圖案，此圖案直到Re=1000都存在，但形狀和大小隨雷諾數(shù)有一些不同，因此流線也表明了擬序結(jié)構(gòu)的存在，而且與流場(chǎng)表現(xiàn)形式不同。
　　根據(jù)對(duì) X、Y方向上的速度、脈動(dòng)速度及湍流強(qiáng)度分析，對(duì)坐標(biāo)為（83.914383,115.81933）

4、的位置處，在Re=4.7到Re=1000的變化過程中，X、Y方向上的速度、脈動(dòng)速度隨雷諾數(shù)增大而增大，并且在Re=128.4時(shí)，X、Y方向上的速度、脈動(dòng)速度和湍流強(qiáng)度也發(fā)生了顯著改變。對(duì)其余4個(gè)不同位置點(diǎn)研究也表明了與坐標(biāo)為（83.914383,115.81933）的位置點(diǎn)幾乎相似的變化規(guī)律。因此根據(jù)流場(chǎng)、流線、速度和脈動(dòng)速度的變化綜合分析表明，在Re=128.4時(shí)，本文實(shí)驗(yàn)條件下的多孔介質(zhì)內(nèi)部流動(dòng)已經(jīng)完全進(jìn)入湍流，所以層流到湍流的轉(zhuǎn)變