倾斜管路内低温Taylor气泡尾迹区流场的实验研究

为了研究低温流体中Taylor气泡周围复杂流场的平均及瞬变特征，搭建了用于低温流体粒子图像测速实验平台，使用快照本征正交分解(POD)方法详细分析了Taylor气泡尾迹区内流场结构.结果表明，在表面张力作用可忽略的情况下，使用流体逆粘度数Nf判断竖直管路中尾迹区流型的方法对液氮流体仍然适用，当管路水平倾角q≤60o时，该法不再适用.Taylor气泡尾迹区在90o≤q≤60o内由开放尾迹转变为封闭尾迹，30o倾角下尾迹区涡的轴向尺寸(Lwake)和Taylor气泡长度(LTB)呈指数函数关系，Lwake=51.3-123.5exp(-LTB/2.9).POD分析表明，尾迹区存在明显的湍流大尺度结构，前4阶模态分别占据总能量的15.6%,6.4%,5.6%和3.8%.距离Taylor气泡尾部0.5~1.0D(D为管路内径)的位置存在大尺度结构中涡的交界面，此处的速度脉动也最强.本研究拓展了常温流体中Taylor气泡尾迹区理论在低温流体中的适用范围.