基于光学衰减原理的盐水置换和混合流动研究
发布时间：2021-11-19 11:44
根据光线透过盐水溶液产生衰减原理,利用流场内密度与光照强度的对比关系,提出通过图像灰度确定流场内密度分布特征的测试方法。采用这种实验方法,结合单一点源羽流条件下卷吸作用,模拟由热压产生的置换流动和混合流动。对于无热源的置换流动实验,当出口面积保持在5.1 cm2时,进口面积由28.9 cm2增加到52.7 cm2并不会显著增加体积流量。这表明对于置换通风,当进出口面积相差较大时,流量由进出口中较小的面积开口确定。对于有热源条件下置换流动,随着有效开口面积增加,热分层高度增加,且上部分层高度内的密度降低。实验数据显示,卷吸系数α取0.13时理论预测与实验结果一致。在有固定热羽流条件下进行了混合流动实验,确定流量修正系数ε等于2.21,该系数与开口大小和盐水密度无关,反映固定浮力通量与变浮力通量条件下通过开口流量的比值。通过理论分析和实验结果对比,证明了利用光学衰减原理确定盐水浓度的方法是一种有效的实验测试方法。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１光线衰减示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌｉｇｈｔ?ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ?ｔｈｅｏｒｙ??由光线衰减理论１１７１，光照强度延行程方向的衰??减与光强成正比，可以得到：??
刘洋等：基于光学衰减原理的盐水置换和混合流动研究??１８６５??８期??闸阀１??进水闸阀??模稍??回水高位盐水箱??＾＿盐水闸阀２??图５盐水模拟实验台示意图??Ｆｉｇ．?５?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｓａｌｔ－ｂａｔｈ?ｍｏｄｅｌ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ａｐｐａｒａｔｕｓ??图５中居中为清水箱（１．２?ｍｘ０．６?ｍｘ０．６?ｍ），模??拟外界自然环境。清水箱右侧设置清水补水箱和溢??水管，用来稀释和置换清水箱内的盐水以及维持清??水箱的动态平衡。清水箱内为模型水箱（０．３?ｍｘ０．２??ｍｘ０．２５ｍ），模拟实际建筑内的自然通风，模型水箱??上下均设有孔径为５．５?ｃｍ和１．８?ｃｍ的孔口，作为通??风口，上部设有盐水喷嘴。清水箱左侧为盐水储箱，??用于制备储存具有一定染料颜色和一定盐水浓度的??混合溶液，通过水泵将盐水输送至高位盐水箱，水??箱内设置溢水管将多余盐水输送回盐水储箱以保持??高位盐水箱液面高度恒定。盐水闸阀和喷嘴间布置??流量计，用于计量进入喷嘴的盐水流量。??实验开始前在盐水储箱制备一定浓度的盐水与??染料混合均勻，然后关闭盐水出水阀门，启动盐水??泵，盐水被抽到高位水箱内，待高位盐水箱液面稳??定后，打开盐水出水阀门，盐水经流量计通过喷嘴??直接流入模型内部，在盐水的密度差及羽流的卷吸??作用下，清水从模型水箱的上开口流入，下开口流??出，形成置换流动。模型水箱内形成稳定的分界面??时，表明此时已经达到稳定的流动状态，通过对流??场图像灰度的读取，可得到盐水的密度。模型上下??表面分布一定数量的圆孔，利用胶塞改变进出口面??积。在实验过程中，盐水溶液从上部喷嘴流
１８６６??工程热物理学报??４１卷??结果如图６所示。图中用ａｉｎ表示上部进口面积，??三组不同组合上部进口面积分别为５２．７?ｃｍ２，?２８．９??ｃｍ２，?５２．７?ｃｍ２，?ａｃ）ｕｔ表示下部出口面积，分别数值为??２３．８?ｃｍ２，５．１?ｃｍ２，?５．１?ｃｍ２．由图６可见，随着时间??的延长，界面高度随之增加，且与理论曲线能够较??好的吻合。??着有效面积的增加而减校从图７中可以看出，卷??吸系数的取值明显影响无量纲界面髙度和无量纲折??减重力加速度的计算结果。Ｌｉｎｄｅｎ在当时通常认为??的０．０７４？０．０９３范围内选择了中间值０．０８３，实验结??果与理论预测存在较大偏差??图６无董纲时间与无量纲界面高度关系??Ｆｉｇ．?６?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ?ｔｉｍｅ?ａｎｄ??ｔｈｅ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｈｅｉｇｈｔ??实验结果验证了理论预测，即无量纲界面高度??与进出口面积组合无关，与气流进出口膨胀系数无??关。由式（１１）、（１５）可以看出，入口膨胀系数通过改??变有效面积来影响模型中盐水清空时间ｋ。根据式??（１０），通过开口流量正比于有效面积肀。由式（１１）??可得，当ａｏｕｔ显著小于（ｚｉｎ时，Ａ＊?＜?＼／＾ａｏｕｔ；当ｃｉｉｎ??明显小于时，＜?＼／＾＾当出口面积保持在??５．１?ｃｍ２时，进口面积由２８．９?ｃｍ２增加到５２＿７?ｃｍ２，??即ｆｌｏｕｔ明显小于ａｉｎ时，膨胀系数Ｃ在０．５？１范围??内有效面积最多增加了?２．１％，清空时间减少了??不到５％，在此条件下置换流动流量没有发生明
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用竖井实现多层建筑复合通风的盐水实验研究[J]. 阳东,丁瑶,李萍. 暖通空调. 2017(04)
[2]高大空间建筑排烟的盐水实验研究[J]. 桂娟,王健,高军,张智力,朱鸣,宋天珩. 建筑热能通风空调. 2014(06)
[3]中庭建筑天井内火灾烟气运动特性的盐水实验模拟[J]. 张和平,姜锡权,谢之康,霍然,范维澄. 实验力学. 1999(01)
[4]烟气运动的盐水模拟实验[J]. 麻柏坤,张人杰,张和平,霍然. 实验力学. 1994(04)
硕士论文
[1]热压驱动下的置换式自然通风实验研究[D]. 王磊.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3504968
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１光线衰减示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌｉｇｈｔ?ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ?ｔｈｅｏｒｙ??由光线衰减理论１１７１，光照强度延行程方向的衰??减与光强成正比，可以得到：??
刘洋等：基于光学衰减原理的盐水置换和混合流动研究??１８６５??８期??闸阀１??进水闸阀??模稍??回水高位盐水箱??＾＿盐水闸阀２??图５盐水模拟实验台示意图??Ｆｉｇ．?５?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｓａｌｔ－ｂａｔｈ?ｍｏｄｅｌ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ａｐｐａｒａｔｕｓ??图５中居中为清水箱（１．２?ｍｘ０．６?ｍｘ０．６?ｍ），模??拟外界自然环境。清水箱右侧设置清水补水箱和溢??水管，用来稀释和置换清水箱内的盐水以及维持清??水箱的动态平衡。清水箱内为模型水箱（０．３?ｍｘ０．２??ｍｘ０．２５ｍ），模拟实际建筑内的自然通风，模型水箱??上下均设有孔径为５．５?ｃｍ和１．８?ｃｍ的孔口，作为通??风口，上部设有盐水喷嘴。清水箱左侧为盐水储箱，??用于制备储存具有一定染料颜色和一定盐水浓度的??混合溶液，通过水泵将盐水输送至高位盐水箱，水??箱内设置溢水管将多余盐水输送回盐水储箱以保持??高位盐水箱液面高度恒定。盐水闸阀和喷嘴间布置??流量计，用于计量进入喷嘴的盐水流量。??实验开始前在盐水储箱制备一定浓度的盐水与??染料混合均勻，然后关闭盐水出水阀门，启动盐水??泵，盐水被抽到高位水箱内，待高位盐水箱液面稳??定后，打开盐水出水阀门，盐水经流量计通过喷嘴??直接流入模型内部，在盐水的密度差及羽流的卷吸??作用下，清水从模型水箱的上开口流入，下开口流??出，形成置换流动。模型水箱内形成稳定的分界面??时，表明此时已经达到稳定的流动状态，通过对流??场图像灰度的读取，可得到盐水的密度。模型上下??表面分布一定数量的圆孔，利用胶塞改变进出口面??积。在实验过程中，盐水溶液从上部喷嘴流
１８６６??工程热物理学报??４１卷??结果如图６所示。图中用ａｉｎ表示上部进口面积，??三组不同组合上部进口面积分别为５２．７?ｃｍ２，?２８．９??ｃｍ２，?５２．７?ｃｍ２，?ａｃ）ｕｔ表示下部出口面积，分别数值为??２３．８?ｃｍ２，５．１?ｃｍ２，?５．１?ｃｍ２．由图６可见，随着时间??的延长，界面高度随之增加，且与理论曲线能够较??好的吻合。??着有效面积的增加而减校从图７中可以看出，卷??吸系数的取值明显影响无量纲界面髙度和无量纲折??减重力加速度的计算结果。Ｌｉｎｄｅｎ在当时通常认为??的０．０７４？０．０９３范围内选择了中间值０．０８３，实验结??果与理论预测存在较大偏差??图６无董纲时间与无量纲界面高度关系??Ｆｉｇ．?６?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ?ｔｉｍｅ?ａｎｄ??ｔｈｅ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｈｅｉｇｈｔ??实验结果验证了理论预测，即无量纲界面高度??与进出口面积组合无关，与气流进出口膨胀系数无??关。由式（１１）、（１５）可以看出，入口膨胀系数通过改??变有效面积来影响模型中盐水清空时间ｋ。根据式??（１０），通过开口流量正比于有效面积肀。由式（１１）??可得，当ａｏｕｔ显著小于（ｚｉｎ时，Ａ＊?＜?＼／＾ａｏｕｔ；当ｃｉｉｎ??明显小于时，＜?＼／＾＾当出口面积保持在??５．１?ｃｍ２时，进口面积由２８．９?ｃｍ２增加到５２＿７?ｃｍ２，??即ｆｌｏｕｔ明显小于ａｉｎ时，膨胀系数Ｃ在０．５？１范围??内有效面积最多增加了?２．１％，清空时间减少了??不到５％，在此条件下置换流动流量没有发生明
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用竖井实现多层建筑复合通风的盐水实验研究[J]. 阳东,丁瑶,李萍. 暖通空调. 2017(04)
[2]高大空间建筑排烟的盐水实验研究[J]. 桂娟,王健,高军,张智力,朱鸣,宋天珩. 建筑热能通风空调. 2014(06)
[3]中庭建筑天井内火灾烟气运动特性的盐水实验模拟[J]. 张和平,姜锡权,谢之康,霍然,范维澄. 实验力学. 1999(01)
[4]烟气运动的盐水模拟实验[J]. 麻柏坤,张人杰,张和平,霍然. 实验力学. 1994(04)
硕士论文
[1]热压驱动下的置换式自然通风实验研究[D]. 王磊.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3504968
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