1．目的及意义

1.1设计选题的目的和意义

Particle Image Velocimetry,又称粒子图像测速法，作为研究各种复杂流场的一种基本手段，已广泛应用于各种流动中，从定常流动到非定常流动、低速流动到高速流动、单相流动到多相流动，非常适于研究涡流、湍流等复杂的流动结构，也可应用于粒子测速和图像测速等前沿科学等方面。示踪粒子是开展PIV实验所需的基本耗材。PIV系统通过拍摄被激光照亮的示踪粒子的图像，记录流体顺势运动特征，因此，符合实验要求的示踪粒子发生器是粒子图像测速实验所必不可少的。而示踪粒子发生和布撒，是粒子图像测速技术的重要组成部分，是影响速度测量质量的关键环节。PIV技术在高速流体的测速中应用非常广泛,但是在低速小流量工况时，示踪粒子发生器的设计还很困难。本设计力图设计适用于火焰流场中对冲火焰和coflow火焰等气体流量较小的小流量工况示踪粒子发生器，解决这一问题。

1.2国内外关于该论题的研究现状

世界上粒子图像测速的发展趋势大致有三维粒子图像测速技术和高频粒子图像测速技术，前者已经有体视粒子图像测速、多平面粒子图像测速、扫描平面粒子图像测速、全息粒子图像测速和层析粒子图像测速等多种实现途径。

示踪粒子发生装置由三部分组成：1由加热炉、泵机、喷射管路、液体发烟剂储存瓶及检测控制电路组成的示踪粒子发生设备；2带有动力装置的大容积烟雾示踪粒子缓冲稳定存储箱；3烟雾示踪粒子输出管道。国内上海交通大学高超声速创新技术研究实验室为发展超声速PIV流场测试系统而开发的示踪粒子 布撒技术。研究中设计了一套超声速风洞PIV示踪粒子布撒装置，提出了利用发生器罐体内的真空度吸入示踪粒子的加注方式，选定了测试流程时序并得到了较好的粒子布撒效果。通过比较不同的发生器罐注入压力对粒子布 撒浓度的影响，得到了效果良好的测试方案。

对于火焰流场来说，由于燃烧现象本身的复杂性，人们对于扩散燃烧火焰的内部的湍流结构了解还不是很充分。对于燃烧火焰湍流结构的激光可视化测量一般可采用PIV和LDV两种测鼍技术。两种方法都具有非接触、不干扰流场的优点。过去很多研究者倾 向于利用LDV测量火焰的湍流特性，获得均方根速度和雷诺应力，忽视了PIV在湍流测量方面的能力。Adrian认为在减小杳询区尺寸的情况下使用PIV也可对速度场的高阶脉动量进行测量，而与LDV相比，利用PIV进行燃烧流场的湍流测量可以大大减少测量的工作量。Yoshioka等使用PIV对非稳态分离流的速度场进行测量，并获得二阶统计相关量。Braz也使用PIV对钝体后的非定常流动的湍流属性进行测量，分析流过圆柱绕流的拟序结构以及随机脉动对流动的影响。Obi使用PIV获得钝体后流场的相甲均速度、二阶脉动速度以及 速度压力的耦合相，结果表明，钝体后涡街的拟序运动促使了较大的脉动量。Perrin使用PIV分析钝体绕流尾迹的湍流属性，同时为湍流模型提供数值模拟的验证标准。然而，目前国内此领域的研究尚少，本文对甲烷／空气钝体回流扩散燃烧速度场进行了测量，利用PIV技术考察了不同工况下火焰的湍流结构特性，为此类燃烧的理论研究和数值模拟提供了有益的实验数据。

目前，对于火焰流场中进行PIV测量还有许多问题：如何能够根据不同流场的特性，更好地提高图像质量，准确地识别粒子，有效地对粒子进行配对，对配对的粒子进行有效的矢量确认，来得到真实的流场速度矢量，其每个环节都需要进行更深入的研究。

2. 研究的基本内容与方案

2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1基本内容与目标