基于激光診斷技術(shù)的棒束間流動交混特性研究.pdf

1、本文基于激光診斷技術(shù)對帶定位格架的棒束通道內(nèi)單相水的流動交混特性進行了實驗研究和理論分析。
　　設(shè)計搭建了可視化性能優(yōu)異的棒束通道實驗系統(tǒng)，在3×3以及5×5帶定位格架的棒束通道實驗本體中，基于激光誘導(dǎo)熒光法開展了實驗研究。實驗系統(tǒng)主要包括流動回路、實驗臺架、實驗本體、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玻璃加工而成，方形流道橫截面邊長分別為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。實驗中在定位格架上游注入激光染色劑進行示蹤，以顯示格架下游流跡；通過光路系統(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)捕獲截面實驗圖像，然后根據(jù)棒束通道的特點，制定了圖像處理方法，提出了拍攝圖像糾正及在線標定方案，對通道內(nèi)各截面上瞬時以及時均的濃度場進行重構(gòu)，并提出了基于LIF技術(shù)的速度場測量方法。
　　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以及時均的濃度場，并對濃度分布進行了統(tǒng)計分析，用以量化流動交混程度。濃度云圖表明攪混翼能夠促進橫向流動并能誘發(fā)湍流脈動，從而促進流動交混，定位格架出口后方0-3當量直徑(Dh)處橫向流動起主導(dǎo)作用，3Dh之后湍流脈動是主要因素；統(tǒng)計分析表明定位格架出口處棒束子通道內(nèi)的流動交混現(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交混在5-6Dh開始逐漸緩和。
　　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)了瞬時以及時均的濃度場。編制了圖形分數(shù)維測算程序，根據(jù)測算程序?qū)嶒瀳D像的湍流進行了分形分析。分析結(jié)果表明，在實驗的流動參數(shù)范圍內(nèi)，格架下游的流動處于完全湍流狀態(tài)；格架下游完全湍流的分數(shù)維為2.676，與拍攝頻率、格架下游距離以及雷諾數(shù)都無關(guān)。
　　對比分析表明，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測量，基于該方法能夠?qū)α鲃咏换焯匦赃M行定性分析及定量評價，有助于定位格架的設(shè)計