2009年风沙流PIV-PLIF测量：同步探测气固两相速度场特性

本文主要探讨了2009年发表在《西安交通大学学报》的一项研究，标题为"风沙流中气固两相速度场的PIV-PLIF测量"。该研究聚焦于结合粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry, PIV）和平面激光诱导荧光法（Planar Laser Induced Fluorescence, PLIF），对风沙流中的气相和固相（沙粒）同时测量速度场。实验中，研究者使用罗丹明B溶液作为荧光剂，通过超声雾化产生直径约为2微米的气相荧光示踪粒子，这些粒子在特定波长的激光照射下发出荧光，便于通过CCD相机捕捉图像。 PIV技术利用粒子在流场中的运动轨迹来计算流速，而PLIF则通过观察荧光信号的变化来追踪物质的流动。研究人员配置了两组滤镜，分别过滤出荧光（橙色）和激光（绿色）图像，以便分别分析气相和固相的速度信息。采用互相关算法对图像进行处理，从而获取两相的速度分布。 研究结果显示，风沙流中气固两相的速度分布特征显著。在较高的区域，两相的速度廓线符合对数分布规律，但随着高度下降至床面附近，风速梯度呈现单调递减趋势，风速廓线表现出明显的下凹。这表明沙粒在风场的作用下减速，且两者之间的动量交换导致沙粒速度线向下偏离。值得注意的是，不同粒径的沙样其速度廓线偏离高度大致相同，这表明粒径对风速和沙粒运动有着重要影响。 此外，这项研究还强调了颗粒尺寸在风沙流中的双重作用：一方面影响沙粒自身的运动速度，另一方面也间接影响气相风场的特性。通过对风速廓线的深入分析，研究者能够更准确地理解风沙流的动力学行为，这对风沙防治、风能利用以及环境工程等领域具有实际意义。整体而言，这篇文章为理解和控制风沙流的复杂动态过程提供了宝贵的实验数据和理论依据。