求教关于平板近壁区域粒子进不去的问题……

tqmonk

1mm以下的区域几乎没有任何粒子 是什么原因呢？边界层内压力较大粒子进不去？
另外能否采用把前缘设计成可以不断释放粒子的材料？请问有这种材料吗？
另外目前激光片光厚度能够做到0.1mm吗？

tqmonk

补充一点 是在超音速流场中 所以低速风洞中常规的播撒粒子方式可能不行

tqmonk

另有一个问题是关于粒子跟随性的
如果两种粒子 一种100%跟随流体 另一种在这种粒子中再添加进大量的大粒子 在获得的流动图像上会有本质区别吗？
如果没有本质区别是否说明添加进去的粒子也是跟随的呢？

SKLCC虫草晶

超音速的不是太清楚，但是亚音速的并且考虑为不可压的气相中，如果两种粒子的St数相差太多，是会有本质区别的：比如一个是St<1（示踪粒子），一个是St 约为10的数量级（大粒子），两个放在一起就相当于是两相流了，如果都用于表示气相场误差是很大的。这个工作验证过，用PIV测过，对于一些要求不是太高的工程项目St为10左右的粒子也基本能用，但是精度要求高就不行了。

yxjbuaa

这个问题可能需要做两相流的专业人事来回答。我以前也考虑过“平板近壁区域粒子进不去的问题”，后来查了JFM中的几篇文章，看到这样的结论“粒子总是有从高剪切区向低剪切区运动的趋势”，也就是说，边界层内很难进入粒子是由流动本质决定的，除非你的粒子和流体工质差别很小，否则这种问题很难解决。

SKLCC虫草晶

另外不可避免的要提到的是壁面边界层PIV测量时壁面的反光也是一个很大的问题。我做的水平两相边界层实验，通过给CCD加扩展环和镜头，增大分辨率后，尽可能减弱激光的强度并保持下壁面玻璃的光洁度减少反光后能达到的边界层测量精度是一阶统量（Umean）在y+>8误差小于1％，高阶统计量（u',v',u'v'）在10>y+>40有10％～15％的误差，靠近中心区相应误差减小（但不是线性变化），以上都是和同条件下的DNS结果的比较（Kim、Moin&Moser_JFM）。
我想说的是看你需要关注的边界层范围是多少？如果在y+>10以上气相场用矿物油（石蜡油）蒸汽作为示踪粒子就可以满足条件；但如果要更接近壁面的话，可能即便粒子跟随性很好，实际测量误差也是不可避免的（因壁面反光引起的）。
随便提一下我用的PIV是TSI的，示踪粒子是丹迪的（type “Sell Ondina Oil 917” produced by Dantec Dynamics）。其实都不是新型号了，丹迪的示踪粒子发生器很多，还不错。
以上这些仅供参考

[ 本帖最后由 SKLCC虫草晶 于 2009-5-13 10:32 编辑 ]

tqmonk

5楼所谓粒子总是有从高剪切区向低剪切区运动的趋势 那为什么要有这样的趋势呢？
是不是就是粒子的运动是受压力梯度影响？
毕竟那个论断看起来没有涉及粒子被驱动的本质 反而更像是提出了一个公理
另外播撒的粒子是能够跟随流体的

tqmonk

多谢6楼 壁面反光问题通过采用光学玻璃并镀增透膜应该能够解决吧 事实上从采用普通玻璃获得的图像上看 壁面反光不是很强烈 边界层厚度在两毫米内

SKLCC虫草晶

越靠近壁面误差越大有两个方面的原因，一是越靠近壁面速度梯度越大，PIV处理误差自然就增加了（算法自身的缺陷），如果是PTV算法（自己开发），可能会好一点，但是对于高阶量误差依然是较大的，这方面也做过对比；二是壁面反光引起的干扰，尤其是做两相流（气固）可能更麻烦一些，液固相应简单容易（这也是国内外边界层实验，特别是多相流，更多是在水槽中做的其中原因之一）。
我做的边界层厚度7.5mm，换算壁面单位无量纲后的范围大约是0<y+<250，主要关注范围是y+＝(10,60)，实际物理单位也是2mm以内，当然这些都是相对低速的情况下。
你说的2mm要看实际工况（Umean & Re），如果是亚音速不可压情况下的，你可以自己换算一下你的无量纲后的范围y+。

zyzyeast

壁面反光问题，如果是非透明壁面，可以考虑用荧光涂料+窄带滤光片，效果不错~

但是粒子投放到边界层内的问题就比较麻烦了

yxjbuaa

原帖由 tqmonk 于 2009-5-13 05:25 发表

                               
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5楼所谓粒子总是有从高剪切区向低剪切区运动的趋势 那为什么要有这样的趋势呢？
是不是就是粒子的运动是受压力梯度影响？
毕竟那个论断看起来没有涉及粒子被驱动的本质 反而更像是提出了一个公理
另外播撒的粒子是 ...

应该不是压力的问题，边界层内的法向压力梯度可以忽略这是边界层近似的基本观点，相信不是这个问题。
对于粒子动力学来说，和我们通常所认识的流体力学知识还是有区别的，不是这个专业的，所以没功夫和精力去了解，看了几篇文章，有相似的结论，记住了就近似当作“公理”来用了，呵呵，至少说明这种问题是很难改变的，凡是利用示踪粒子来测量流场的技术都会遇到类似的问题，所以关注这个问题意义有限，除非你是专门研究这类问题的。
如果现有模型中很难测量的话，作为实验人员，在测量技术很难实现的情况下，最可行的方式是“大胆”地改变“实验模型”。要测量边界层，边界层尺度太小速度梯度大，那么你就想办法将边界层变厚之后再测量，这样可能会起到事半功倍的结果。

SKLCC虫草晶

原帖由 yxjbuaa 于 2009-6-16 01:44 发表

                               
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应该不是压力的问题，边界层内的法向压力梯度可以忽略这是边界层近似的基本观点，相信不是这个问题。
对于粒子动力学来说，和我们通常所认识的流体力学知识还是有区别的，不是这个专业的，所以没功夫和精力去了 ...

某些情况下确实可以，比如早期测量边界层时，有时会采用高黏性的流体（比如采用油），但是此时对应的雷诺数相对较低，如果关注的对象雷诺数较高就不太适用了。
其实如果采用较好的示踪粒子是可以基本解决边界层区域粒子分布不均的，如果是要测量边界层的黏性底层区域，那即便再好的示踪粒子用PIV都是不适合的。在黏性底层以上（Y+>10）采用高解析度的网格是可以达到足够的精度，Professor Ronald J. Adrian 课题组90年代就做过这方面的工作：(Exp.Fluids_1991)High resolution measurement of turbulent structure in a channel with particle image velocimetry，有兴趣可以看看这篇文章。现在的技术效果自然会更好。

[ 本帖最后由 SKLCC虫草晶 于 2009-6-16 08:34 编辑 ]

silkroad

请阅读文章 PIV Measurements of a Shock Wave/Turbulent Boundary Layer Interaction
13th Int. Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics
Lisbon, Portugal, 26 – 29 June, 2006. Paper No. 1033

文中边界层内的粒子数目还可以.

tqmonk

那篇文章我看了 边界层内部粒子还可以的原因是粒子不具有跟随性 所以能够进入边界层内部 一旦粒子跟随性很好的话 边界层内部几乎看不到粒子 或者说边界层内外粒子浓度分布有个很大的梯度变化

SKLCC虫草晶

原帖由 tqmonk 于 2009-10-18 09:13 发表

                               
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那篇文章我看了 边界层内部粒子还可以的原因是粒子不具有跟随性 所以能够进入边界层内部 一旦粒子跟随性很好的话 边界层内部几乎看不到粒子 或者说边界层内外粒子浓度分布有个很大的梯度变化

“一旦粒子跟随性很好的话 边界层内部几乎看不到粒子”，为什么呢，怎么会呢？至少我的实验中没有出现这种现象，跟随性越好，边界层测量效果应该是越好的，边界层的拟序结构（CS）更容易卷挟示踪粒子进入边界层！怎么又会导致“几乎看不到粒子”呢？浓度分布应该会有一定的变化，并且可能导致浓度出现不均匀（St～1时），但不至于达到影响测量效果的程度。
随便问一句：你测量的区域是？也就是Y+的范围。你不会是要测量Viscous Sublayer（黏性底层）吧？一般Y+>10一阶统计量（平均速度）精度很高，二阶统计量（u',v',u'v'）在Y+>15 or 20 也有很好的精度。