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**沙尘试验箱颗粒浓度场的试验

**沙尘试验箱颗粒浓度场的试验-HC-沙尘试验箱
摘　　　要:
**沙尘箱利用中科院寒旱所沙漠研究所室内风沙环境风洞,采用激光粒子成像技术对砂尘环境试验设备中含砂气固两相射流在距喷嘴不同截面中心位置的颗粒浓度场进行了测量和分析研究,并与拍摄的颗粒空间分布数码照片进行对比. 实验结果表明在距气固喷嘴约1m 处的截面上,砂粒颗粒还没有扩散到整个空间内,轴线附近的粒子较多,而且大粒子多数处于下部区域,只有在距喷嘴下游约3m 处粒子才基本扩散均匀,从而可确定砂尘环境试验中试件的安放位置. 结论认为砂尘试验设备的加砂段应保持在3m 左右,这样才能满足国军标要求,从而为我国自行研制大型砂尘环境试验设备,确定加砂P尘方法、参数、加料和试验段尺寸等提供了依据.
　砂尘环境是引起许多**武器设备,包括直升机失效的一个重要环境因素. 广泛分布的砂尘环境,对**设备及直升机的部件、系统和机载设备的性能及可靠性具有严重影响. 对**武器装备进行砂尘环境模拟试验是国家**标准GJB150. 12286 中规定的实验项目. 我国还没有能满足包括直升机等大型试件的大型砂尘试验设备,因此建立满足国军标技术指标要求的砂尘模拟环境试验设备是当务之急. 其中颗粒浓度、粒径分布和撞击落尘是砂尘试验箱中需要研究确定的重要参数.分析上述参数实际上就是研究气固两相流中颗粒速度场以及浓度场的变化规律. 国军标砂尘环境试验中规定,含砂气固两相流在撞击试件时,砂粒的速度和气流流速基本相等,同时砂粒近似均匀地悬浮在气流中[1 ] . 这些参数反映了气固两相流复杂的空间特性,难以通过理论模型来描述,只有采用理论分析与实验研究相结合的方法,才能确定砂尘设备中的一些设计参数,如加砂方式和加砂段距离等.

HC-沙尘试验箱1 　实验装置及实验方法
本实验是在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠研究所室内风沙环境风洞进行的. 它是一座直流闭口吹气式低速风洞, 实验段长16. 23m ,实验段矩型断面为宽×高= 1. 0 m ×0. 6m ,进口轴线指示风速u ∞ = 1. 5～35. 0 mPs ,连续可调,风洞为木质框架结构,实验段两侧壁和顶部由装有钢化玻璃的活动窗户所构成,而风洞底部则由多层胶合板所组成. 本实验系统如图1 所示,风洞主风机是一台离心风机,砂尘颗粒气力输送的气源是一台空压机,通过带有球阀的料斗将砂料加入到输送管道内. 其余包括料斗及输送管路都是塑料制品,而气固喷嘴为钢材制成,收扩型,收扩比26∶36 ,扩张角30°. 由空压机出来的压缩空气将料斗的砂料通过输送管路经气固喷嘴沿轴向喷入实验段主气流内.

在确定图像中各粒子的位置时,同时还可以得到粒子尺寸及分布的信息,比较而言基于颗粒相关的PTV 技术更容易获得整个流场中颗粒的运动情况及颗粒的形状信息,因而PTV 技术更适合于研究砂尘环境试验中稀相含砂气固两相流场,其
原理如图2 所示.其测定原理为:将颗粒浓度场置于激光片光源的照射下,用照相系统把所要研究区域的颗粒浓度场完全地记录在底片上,然后用基于颗粒相关的PTV 技术处理该底片[5 ] ,由图像的灰度梯度来进行粒子边界的识别,即从粒子图像的灰度中心点出发,计算与灰度中心相邻各点间的梯度值,然后又由这些点出发计算与其各自相邻点的灰度梯度值. 按此方法,直到粒子的边缘为止,即粒子边缘点与背景的梯度值小于我们预先设定好的阈值,而且这个点与其相邻点的灰度值接近于背景的灰度. 这样,找到各粒子的边界后,就可以计算出该粒子在图像中所占的面积的大小,也就是说包含有多少个象素点,根据单位象素点所代表的实际长度大小,可以换算出粒子的实际面积大小,然后将这个面积折算成相应的标准直径,即将不规则的粒子折算成标准的球形粒子的直径D =4 STπ其中, ST 是不规则光斑的实际面积,单位为m2 ; D是折算后球形粒子的标准直径,单位为m.经过这样的计算转换,得到各粒子的标准直径,就可以将图像中的粒子按搜索的位置和尺寸大小分类,于是就得到了相应流场中颗粒大小及空间分布情况.
HC-沙尘试验箱

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