**沙塵試驗(yàn)箱顆粒濃度場的試驗(yàn)-HC-沙塵試驗(yàn)箱
 摘　　　要:
**沙塵箱利用中科院寒旱所沙漠研究所室內(nèi)風(fēng)沙環(huán)境風(fēng)洞,采用激光粒子成像技術(shù)對(duì)砂塵環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備中含砂氣固兩相射流在距噴嘴不同截面中心位置的顆粒濃度場進(jìn)行了測量和分析研究,并與拍攝的顆?？臻g分布數(shù)碼照片進(jìn)行對(duì)比. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在距氣固噴嘴約1m 處的截面上,砂粒顆粒還沒有擴(kuò)散到整個(gè)空間內(nèi),軸線附近的粒子較多,而且大粒子多數(shù)處于下部區(qū)域,只有在距噴嘴下游約3m 處粒子才基本擴(kuò)散均勻,從而可確定砂塵環(huán)境試驗(yàn)中試件的安放位置. 結(jié)論認(rèn)為砂塵試驗(yàn)設(shè)備的加砂段應(yīng)保持在3m 左右,這樣才能滿足國軍標(biāo)要求,從而為我國自行研制大型砂塵環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備,確定加砂P塵方法、參數(shù)、加料和試驗(yàn)段尺寸等提供了依據(jù).
 　砂塵環(huán)境是引起許多**武器設(shè)備,包括直升機(jī)失效的一個(gè)重要環(huán)境因素. 廣泛分布的砂塵環(huán)境,對(duì)**設(shè)備及直升機(jī)的部件、系統(tǒng)和機(jī)載設(shè)備的性能及可靠性具有嚴(yán)重影響. 對(duì)**武器裝備進(jìn)行砂塵環(huán)境模擬試驗(yàn)是國家**標(biāo)準(zhǔn)GJB150. 12286 中規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目. 我國還沒有能滿足包括直升機(jī)等大型試件的大型砂塵試驗(yàn)設(shè)備,因此建立滿足國軍標(biāo)技術(shù)指標(biāo)要求的砂塵模擬環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備是當(dāng)務(wù)之急. 其中顆粒濃度、粒徑分布和撞擊落塵是砂塵試驗(yàn)箱中需要研究確定的重要參數(shù).分析上述參數(shù)實(shí)際上就是研究氣固兩相流中顆粒速度場以及濃度場的變化規(guī)律. 國軍標(biāo)砂塵環(huán)境試驗(yàn)中規(guī)定,含砂氣固兩相流在撞擊試件時(shí),砂粒的速度和氣流流速基本相等,同時(shí)砂粒近似均勻地懸浮在氣流中[1 ] . 這些參數(shù)反映了氣固兩相流復(fù)雜的空間特性,難以通過理論模型來描述,只有采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,才能確定砂塵設(shè)備中的一些設(shè)計(jì)參數(shù),如加砂方式和加砂段距離等.

HC-沙塵試驗(yàn)箱1 　實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
本實(shí)驗(yàn)是在中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所沙漠研究所室內(nèi)風(fēng)沙環(huán)境風(fēng)洞進(jìn)行的. 它是一座直流閉口吹氣式低速風(fēng)洞, 實(shí)驗(yàn)段長16. 23m ,實(shí)驗(yàn)段矩型斷面為寬×高= 1. 0 m ×0. 6m ,進(jìn)口軸線指示風(fēng)速u ∞ = 1. 5～35. 0 mPs ,連續(xù)可調(diào),風(fēng)洞為木質(zhì)框架結(jié)構(gòu),實(shí)驗(yàn)段兩側(cè)壁和頂部由裝有鋼化玻璃的活動(dòng)窗戶所構(gòu)成,而風(fēng)洞底部則由多層膠合板所組成. 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1 所示,風(fēng)洞主風(fēng)機(jī)是一臺(tái)離心風(fēng)機(jī),砂塵顆粒氣力輸送的氣源是一臺(tái)空壓機(jī),通過帶有球閥的料斗將砂料加入到輸送管道內(nèi). 其余包括料斗及輸送管路都是塑料制品,而氣固噴嘴為鋼材制成,收擴(kuò)型,收擴(kuò)比26∶36 ,擴(kuò)張角30°. 由空壓機(jī)出來的壓縮空氣將料斗的砂料通過輸送管路經(jīng)氣固噴嘴沿軸向噴入實(shí)驗(yàn)段主氣流內(nèi).
在確定圖像中各粒子的位置時(shí),同時(shí)還可以得到粒子尺寸及分布的信息,比較而言基于顆粒相關(guān)的PTV 技術(shù)更容易獲得整個(gè)流場中顆粒的運(yùn)動(dòng)情況及顆粒的形狀信息,因而PTV 技術(shù)更適合于研究砂塵環(huán)境試驗(yàn)中稀相含砂氣固兩相流場,其
原理如圖2 所示.其測定原理為:將顆粒濃度場置于激光片光源的照射下,用照相系統(tǒng)把所要研究區(qū)域的顆粒濃度場完全地記錄在底片上,然后用基于顆粒相關(guān)的PTV 技術(shù)處理該底片[5 ] ,由圖像的灰度梯度來進(jìn)行粒子邊界的識(shí)別,即從粒子圖像的灰度中心點(diǎn)出發(fā),計(jì)算與灰度中心相鄰各點(diǎn)間的梯度值,然后又由這些點(diǎn)出發(fā)計(jì)算與其各自相鄰點(diǎn)的灰度梯度值. 按此方法,直到粒子的邊緣為止,即粒子邊緣點(diǎn)與背景的梯度值小于我們預(yù)先設(shè)定好的閾值,而且這個(gè)點(diǎn)與其相鄰點(diǎn)的灰度值接近于背景的灰度. 這樣,找到各粒子的邊界后,就可以計(jì)算出該粒子在圖像中所占的面積的大小,也就是說包含有多少個(gè)象素點(diǎn),根據(jù)單位象素點(diǎn)所代表的實(shí)際長度大小,可以換算出粒子的實(shí)際面積大小,然后將這個(gè)面積折算成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)直徑,即將不規(guī)則的粒子折算成標(biāo)準(zhǔn)的球形粒子的直徑D =4 STπ其中, ST 是不規(guī)則光斑的實(shí)際面積,單位為m2 ; D是折算后球形粒子的標(biāo)準(zhǔn)直徑,單位為m.經(jīng)過這樣的計(jì)算轉(zhuǎn)換,得到各粒子的標(biāo)準(zhǔn)直徑,就可以將圖像中的粒子按搜索的位置和尺寸大小分類,于是就得到了相應(yīng)流場中顆粒大小及空間分布情況.
HC-沙塵試驗(yàn)箱