基于激光診斷技術(shù)的棒束間流動(dòng)交混特性研究.pdf

1、本文基于激光診斷技術(shù)對(duì)帶定位格架的棒束通道內(nèi)單相水的流動(dòng)交混特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。
　　設(shè)計(jì)搭建了可視化性能優(yōu)異的棒束通道實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在3×3以及5×5帶定位格架的棒束通道實(shí)驗(yàn)本體中，基于激光誘導(dǎo)熒光法開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括流動(dòng)回路、實(shí)驗(yàn)臺(tái)架、實(shí)驗(yàn)本體、光路及成像系統(tǒng)以及相關(guān)儀表設(shè)備。棒束通道的筒體由有機(jī)玻璃加工而成，方形流道橫截面邊長(zhǎng)分別為40.9mm和65mm，可視化棒束由FEP管加工而成，棒徑為9.5mm，棒

2、間距為12.6mm。實(shí)驗(yàn)中在定位格架上游注入激光染色劑進(jìn)行示蹤，以顯示格架下游流跡；通過(guò)光路系統(tǒng)在格架下游不同位置的縱截面以及橫截面產(chǎn)生激光平面，以激發(fā)染色劑產(chǎn)生熒光；利用成像系統(tǒng)捕獲截面實(shí)驗(yàn)圖像，然后根據(jù)棒束通道的特點(diǎn)，制定了圖像處理方法，提出了拍攝圖像糾正及在線標(biāo)定方案，對(duì)通道內(nèi)各截面上瞬時(shí)以及時(shí)均的濃度場(chǎng)進(jìn)行重構(gòu)，并提出了基于LIF技術(shù)的速度場(chǎng)測(cè)量方法。
　　在不同的流速以及染色劑注入位置的工況下，重構(gòu)了3×3棒束通道內(nèi)不同

3、位置處橫截面和縱截面的瞬時(shí)以及時(shí)均的濃度場(chǎng)，并對(duì)濃度分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，用以量化流動(dòng)交混程度。濃度云圖表明攪混翼能夠促進(jìn)橫向流動(dòng)并能誘發(fā)湍流脈動(dòng)，從而促進(jìn)流動(dòng)交混，定位格架出口后方0-3當(dāng)量直徑(Dh)處橫向流動(dòng)起主導(dǎo)作用，3Dh之后湍流脈動(dòng)是主要因素；統(tǒng)計(jì)分析表明定位格架出口處棒束子通道內(nèi)的流動(dòng)交混現(xiàn)象比棒間隙處更加劇烈，整體而言定位格架下游流體的流動(dòng)交混在5-6Dh開(kāi)始逐漸緩和。
　　在不同的流速以及拍攝頻率的工況下，獲取了5

4、×5棒束通道內(nèi)縱截面及橫截面上的熒光圖像，重構(gòu)了瞬時(shí)以及時(shí)均的濃度場(chǎng)。編制了圖形分?jǐn)?shù)維測(cè)算程序，根據(jù)測(cè)算程序?qū)?shí)驗(yàn)圖像的湍流進(jìn)行了分形分析。分析結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)的流動(dòng)參數(shù)范圍內(nèi)，格架下游的流動(dòng)處于完全湍流狀態(tài)；格架下游完全湍流的分?jǐn)?shù)維為2.676，與拍攝頻率、格架下游距離以及雷諾數(shù)都無(wú)關(guān)。
　　對(duì)比分析表明，激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)能夠較好的適用于棒束通道的全場(chǎng)測(cè)量，基于該方法能夠?qū)α鲃?dòng)交混特性進(jìn)行定性分析及定量評(píng)價(jià)，有助于定位格架的設(shè)計(jì)