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第1章 绪论1

1.1 研究背景及意义1

1.2 研究进展2

1.2.1 潮流紊动特性2

1.2.2 垂直射流实验3

1.2.3 射流数学模型8

1.2.4 PIV-PLIF测量技术11

1.3 本书主要研究工作14

1.3.1 关键技术问题14

1.3.2 主要研究工作15

第2章 大范围、高帧频PIV-PLIF同步测量系统的研发17

2.1 测量原理17

2.1.1 PIV流场测量原理17

2.1.2 PLIF浓度场测量原理17

2.2 关键技术与技术路线18

2.2.1 关键技术18

2.2.2 技术路线19

2.3 硬件系统24

2.3.1 激光器与冷却水系统24

2.3.2 光学系统24

2.3.3 流场示踪粒子与荧光物质27

2.3.4 图像数据采集、传输与存储系统28

2.4 流场与浓度场算法30

2.4.1 PIV流场算法30

2.4.2 PLIF浓度场算法31

2.5 软件系统33

2.5.1 图像采集模块34

2.5.2 标定模块36

2.5.3 流场与浓度场计算模块37

2.5.4 紊动参数计算模块39

2.6 小结40

第3章 潮流紊动特性实验研究41

3.1 潮型设计41

3.2 实验系统42

3.2.1 实验水槽与供水系统42

3.2.2 生潮控潮系统43

3.2.3 测量仪器44

3.3 潮位与潮流瞬时流速过程44

3.4 紊流处理方法45

3.4.1 移动平均法46

3.4.2 最小二乘法拟合47

3.5 紊动特性实验成果分析47

3.5.1 时均流速与脉动流速47

3.5.2 相对紊动强度48

3.5.3 雷诺应力50

3.5.4 纵向流速概率分布51

3.5.5 脉动流速紊动能谱52

3.6 小结53

第4章 潮流环境下垂直浮射流实验研究54

4.1 模型设计54

4.2 控制条件与测量断面54

4.3 实验系统56

4.3.1 浮射流控制系统56

4.3.2 测量仪器58

4.3.3 PIV-PLIF系统标定58

4.4 实验成果分析61

4.4.1 量纲分析61

4.4.2 射流浓度场与流场随潮演变过程62

4.4.3 射流边界64

4.4.4 射流轴线68

4.4.5 射流轴线稀释度变化规律78

4.4.6 射流轴线的垂线浓度分布79

4.4.7 射流物质紊动扩散特性82

4.5 小结83

第5章 潮流环境下垂直浮射流三维数值模拟84

5.1 控制方程84

5.2 计算区域、网格、初边条件、数值算法及模型参数86

5.2.1 计算区域86

5.2.2 计算网格87

5.2.3 初边条件87

5.2.4 计算软件与模型参数89

5.3 模型验证89

5.3.1 流场验证89

5.3.2 浓度场验证89

5.4 计算结果分析94

5.4.1 流场结构94

5.4.2 浓度场结构109

5.4.3 射流分叉特性123

5.4.4 射流轴线位置128

5.4.5 射流轴线稀释度130

5.5 小结132

参考文献134