**沙塵試驗箱顆粒濃度場的試驗-HC-沙塵試驗箱
 摘　　　要:
**沙塵箱利用中科院寒旱所沙漠研究所室內(nèi)風沙環(huán)境風洞,采用激光粒子成像技術(shù)對砂塵環(huán)境試驗設(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)碼照片進行對比. 實驗結(jié)果表明在距氣固噴嘴約1m 處的截面上,砂粒顆粒還沒有擴散到整個空間內(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 處粒子才基本擴散均勻,從而可確定砂塵環(huán)境試驗中試件的安放位置. 結(jié)論認為砂塵試驗設(shè)備的加砂段應(yīng)保持在3m 左右,這樣才能滿足國軍標要求,從而為我國自行研制大型砂塵環(huán)境試驗設(shè)備,確定加砂P塵方法、參數(shù)、加料和試驗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,包括直升機失效的一個重要環(huán)境因素. 廣泛分布的砂塵環(huán)境,對**設(shè)備及直升機的部件、系統(tǒng)和機載設(shè)備的性能及可靠性具有嚴重影響. 對**武器裝備進行砂塵環(huán)境模擬試驗是國家**標準GJB150. 12286 中規(guī)定的實驗項目. 我國還沒有能滿足包括直升機等大型試件的大型砂塵試驗設(shè)備,因此建立滿足國軍標技術(shù)指標要求的砂塵模擬環(huán)境試驗設(shè)備是當務(wù)之急. 其中顆粒濃度、粒徑分布和撞擊落塵是砂塵試驗箱中需要研究確定的重要參數(shù).分析上述參數(shù)實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. 國軍標砂塵環(huán)境試驗中規(guī)定,含砂氣固兩相流在撞擊試件時,砂粒的速度和氣流流速基本相等,同時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驗研究相結(jié)合的方法,才能確定砂塵設(shè)備中的一些設(shè)計參數(shù),如加砂方式和加砂段距離等.

HC-沙塵試驗箱1 　實驗裝置及實驗方法
本實驗是在中國科學(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)風沙環(huán)境風洞進行的. 它是一座直流閉口吹氣式低速風洞, 實驗段長16. 23m ,實驗段矩型斷面為寬×高= 1. 0 m ×0. 6m ,進口軸線指示風速u ∞ = 1. 5～35. 0 mPs ,連續(xù)可調(diào),風洞為木質(zhì)框架結(jié)構(gòu),實驗段兩側(cè)壁和頂部由裝有鋼化玻璃的活動窗戶所構(gòu)成,而風洞底部則由多層膠合板所組成. 本實驗系統(tǒng)如圖1 所示,風洞主風機是一臺離心風機,砂塵顆粒氣力輸送的氣源是一臺空壓機,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,收擴型,收擴比26∶36 ,擴張角30°. 由空壓機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驗段主氣流內(nèi).
在確定圖像中各粒子的位置時,同時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)更容易獲得整個流場中顆粒的運動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行粒子邊界的識別,即從粒子圖像的灰度中心點出發(fā),計算與灰度中心相鄰各點間的梯度值,然后又由這些點出發(fā)計算與其各自相鄰點的灰度梯度值. 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,而且這個點與其相鄰點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象素點,根據(jù)單位象素點所代表的實際長度大小,可以換算出粒子的實際面積大小,然后將這個面積折算成相應(yīng)的標準直徑,即將不規(guī)則的粒子折算成標準的球形粒子的直徑D =4 STπ其中, ST 是不規(guī)則光斑的實際面積,單位為m2 ; D是折算后球形粒子的標準直徑,單位為m.經(jīng)過這樣的計算轉(zhuǎn)換,得到各粒子的標準直徑,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-沙塵試驗箱