一种贴壁射流速度场和浓度场的同步测量装置与方法

摘要

本发明公开了一种贴壁射流速度场和浓度场的同步测量装置，由煤粉炉模化装置、氧敏涂层壁面、高速CCD摄像机、PIV相机、高强度激励光源、脉冲激光片光源、均混室、同步控制器和计算机组成。通过使用PIV相机拍摄贴壁射流中PIV粒子在主气流中流动轨迹，由高速CCD摄像机拍摄氧敏涂层壁面随射流中氧浓度变化的显色规律，通过控制器调控两者之间的隔帧工作模式，实现贴壁射流与主气流相互作用过程中速度场和浓度场的同步测量。本发明在气气相互作用过程中实现了同步测量，既获得了贴壁射流的湍动流动特性，也获得了射流气中特定成分的组份输运特性，有助于全面了解射流气体的对流运动和扩散过程，可以为喷嘴的优化设计和操作参数的选择提供参考。

主权项

一种贴壁射流速度场和浓度场的同步测量装置，其特征在于，包括煤粉炉模化装置、氧敏涂层壁面、高速CCD摄像机、PIV相机、高强度激励光源、脉冲激光片光源、均混室、同步控制器和计算机，其中：所述的煤粉炉模化装置由左侧板、前视窗和右视窗依次相连组成凹字形部件，所述氧敏涂层壁面与所述凹字形部件共同组成四面封闭的装置本体，所述装置本体底部为主流气体入口，顶部为气体出口，左侧板在近氧敏涂层壁面处开设有射流喷口，并同一标高处还开设有旋流喷口；所述脉冲激光片光源架设于气流出口上面，方向朝下，可自由旋转，使片光源平行或垂直于氧敏涂层壁面，可沿平行或垂直于氧敏涂层壁面方向自由移动，呈现流场切片的速度场信息；所述高强度激励光源放置于煤粉炉模化装置外侧、氧敏涂层壁面的正对面，高强度激励光源向内透过前视窗照射，可覆盖整个氧敏涂层壁面；所述的均混室置于煤粉炉模化装置外面，用于均匀混合氧气、氮气和PIV示踪粒子，混合后的气固两相流通过射流喷口进入煤粉炉模化装置内；所述的混气室置于煤粉炉模化装置外面，用于均匀混合氮气和一氧化碳，混合后的气流通过旋流喷口和主流入口进入煤粉炉模化装置内；所述的高速CCD摄像机设置于煤粉炉模化装置外侧、氧敏涂层壁面的正对面，相机镜头对准氧敏涂层壁面，拍摄的照片传输至计算机处理；所述的PIV相机设置于煤粉炉模化装置外侧，当片光源与氧敏涂层壁面平行时，PIV相机布置于前视窗的正对面，当片光源与氧敏涂层壁面垂直时，PIV相机布置于右视窗的正对面，拍摄的照片传输至计算机处理；所述的同步控制器分别与脉冲激光片光源、高强度激励光源、高速CCD摄像机、PIV相机和计算机相连，其作用是使高速CCD摄像机和PIV相机轮流工作，同时使脉冲激光片光源和PIV相机、高强度激励光源和高速CCD摄像机同时工作；所述的计算机与高速CCD摄像机、PIV相机和控制器相连，用于存储来自CCD相机和PIV相机的数据，并进行图像处理，获得切面速度场和壁面浓度场。