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軍用粉塵試驗箱中粒子濃度場的測試

軍用粉塵試驗箱利用中國科學院寒冷干旱研究所沙漠研究所風沙環境室內風洞，采用激光粒子成像技術對沙塵環境試驗設備中噴嘴噴出的不同截面中心的含砂氣固兩相射流的粒子濃度場進行了測量和分析，并與粒子空間分布的數碼照片進行了對比。實驗結果表明，在距離氣固噴嘴1m左右的截面上，沙粒還沒有擴散到整個空間，在軸線附近有很多顆粒。而且大顆粒大部分位于較低區域，距離噴嘴下游僅3m左右，顆?；灸芊稚⒕鶆?，從而可以確定沙塵環境試驗樣品的放置位置。得出沙塵試驗設備的裝砂斷面應保持在3m左右，以滿足國軍標要求，為我國研制大型沙塵環境試驗設備和確定沙塵試驗方法、參數、投料和試驗斷面尺寸提供了依據。
沙塵環境是導致包括直升機在內的許多軍事武器裝備失效的重要環境因素。廣泛分布的沙塵環境，嚴重影響著軍事裝備和直升機部件、系統以及機載設備的性能和可靠性。軍用武器裝備沙塵環境模擬試驗是國家軍用標準GJB150中規定的試驗項目。12286.國內還沒有能滿足包括直升機在內的大型試件要求的大型沙塵試驗設備。因此，迫切需要建立符合國軍標技術要求的沙塵模擬環境試驗設備。其中，顆粒濃度、粒徑分布和沖擊降塵是沙塵試驗中需要研究和確定的重要參數。分析上述參數實際上是研究氣固兩相流中顆粒速度場和濃度場的變化規律。根據國軍標沙塵環境試驗，含砂的氣固兩相流沖擊試樣時，沙粒的速度與氣流的速度基本相等。同時，沙粒近似均勻地懸浮在氣流中[1]。這些參數反映了氣固兩相流復雜的空間特性，難以用理論模型描述。只有將理論分析與實驗研究相結合，才能確定加砂方式、加砂段間距等砂塵設備的一些設計參數。

軍用粉塵試驗箱中粒子濃度場的測試

1實驗裝置和方法
實驗在中國科學院寒區旱區環境與工程研究所沙漠研究所風沙環境室內風洞中進行。這是一座長16米的DC封閉式低速風洞。23m，寬×高為1的矩形截面。0m× 0.6m，連續可調的進氣軸指示風速u ∞ = 1。5 ~ 35.0mps .風洞為木質框架結構。實驗段的兩個側壁和頂部由鋼化玻璃的可移動窗戶組成，而風洞的底部由多層膠合板組成。如圖1所示，風洞的主風機為離心風機，氣力輸送沙塵顆粒的氣源為空氣壓縮機，通過帶球閥的料斗將沙子加入輸送管道。其余包括料斗和輸送管道為塑料制品，氣固噴嘴為鋼制，膨脹比為26∶36，膨脹角為30°。

當確定每個顆粒在圖像中的位置時，可以同時獲得顆粒尺寸和分布的信息。相比較而言，基于顆粒關聯的PTV技術更容易獲得整個流場的顆粒運動和顆粒形狀信息，因此PTV技術更適合研究沙塵環境試驗中含砂量較稀的氣固兩相流場。

測量原理是:用激光片光源照射粒子濃度場，通過攝影系統將待研究區域的粒子濃度場完整記錄在底片上，然后對底片進行基于粒子相關性的PTV技術處理[5]，通過圖像的灰度梯度識別粒子邊界，即從灰度中心點計算出粒子圖像灰度中心相鄰點之間的梯度值。然后，根據這些點，計算相鄰點的灰度梯度值。按照這種方法，直到粒子的邊緣，即粒子的邊緣點與背景之間的梯度值小于預設的閾值，并且該點及其相鄰點的灰度值接近背景的灰度值。這樣，找到每個粒子的邊界后，就可以計算出該粒子在圖像中所占的面積，也就是它包含了多少個像素點。根據單位像素表示的實際長度，可以換算出顆粒的實際面積，然后將面積換算成相應的標準直徑，即不規則顆?？梢該Q算成標準球形顆粒直徑。

D=4 STπ，其中ST為不規則斑點的實際面積，單位為平方米(m2)；d是換算后的球形顆粒的標準直徑，單位為m，經過這樣的計算和換算，就可以得到每個顆粒的標準直徑，根據搜索到的位置和大小對圖像中的顆粒進行分類，就可以得到相應流場中的顆粒大小和空間分布。

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