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軍用（yòng）粉塵試驗箱中粒子（zǐ）濃度場的測試
軍用粉（fěn）塵試驗箱利用中國科學院寒冷幹旱研究所沙漠（mò）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（bèi）中噴嘴噴出的不（bú）同截麵中心的（de）含砂氣固（gù）兩相射流的（de）粒子濃度場進行了測量和分析，並（bìng）與粒子空間分（fèn）布的數（shù）碼照片進行了對比。實驗結果表明，在距離氣（qì）固噴嘴（zuǐ）1m左右的截麵上，沙粒還沒有擴散到整個（gè）空間（jiān），在軸線附近有很多顆粒（lì）。而且大顆粒大部分位（wèi）於（yú）較低區（qū）域，距離噴嘴下遊（yóu）僅3m左右，顆粒基本能（néng）分散均勻，從（cóng）而可以確定沙塵環境（jìng）試驗樣品的放置位置。得出沙塵試驗設（shè）備的裝砂斷麵應保持在（zài）3m左右，以滿足國軍標要求（qiú），為我國研製大型沙塵環境試驗設備和確定沙塵（chén）試驗方法、參數、投料和試驗斷麵尺寸提供了依據。
沙塵環境是導致包括直升機在內的許多軍事武器（qì）裝備失效的（de）重要（yào）環（huán）境因素。廣泛分布的沙塵環境（jìng），嚴重影響著軍事裝備和直升（shēng）機部件、係統以及機載設備的性能和可靠性。軍用武器（qì）裝備沙塵環境模擬試（shì）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（shēng）機在（zài）內的大型試件要求的大型沙塵試驗設備。因（yīn）此，迫切（qiē）需要建立（lì）符合國軍（jun1）標技術要求的沙塵模擬環境試驗設備。其中，顆（kē）粒濃度、粒徑分布和衝擊降塵是沙塵試驗中需要研究和確定的重（chóng）要參數。分析上述參（cān）數實際上是研究氣固兩相（xiàng）流中顆粒速度場和濃度場的變化規律。根據國軍標沙（shā）塵環境試驗，含（hán）砂的氣（qì）固兩相流衝擊試樣時，沙粒的（de）速度（dù）與氣流的速度基本相等。同時，沙粒近（jìn）似均勻地懸浮在氣流中[1]。這些參數反映了氣固兩（liǎng）相流複雜的空間（jiān）特性，難以用理論模型描述。隻有（yǒu）將理論分析與實驗研究相結合，才能（néng）確定加砂（shā）方式、加砂（shā）段（duàn）間距等砂塵設備的一些設計參數。
1實驗裝置和（hé）方法
實驗在中國科學院寒區旱區環境與工程研究所（suǒ）沙漠研究所風（fēng）沙環境室內風洞中進行。這（zhè）是一座長16米的DC封閉式（shì）低速風洞。23m，寬×高為1的（de）矩形截麵。0m× 0.6m，連續可調的進氣軸指示風速u ∞ = 1。5 ~ 35.0mps .風洞為木（mù）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（jiāo）合板組成。如圖1所（suǒ）示，風洞的主風（fēng）機為（wéi）離心風機，氣（qì）力（lì）輸（shū）送沙塵顆粒的氣（qì）源為空（kōng）氣壓縮（suō）機，通過帶（dài）球閥的料鬥將（jiāng）沙子加入輸送管道。其餘包括料鬥和輸（shū）送管道為塑料製品，氣固噴嘴為鋼製，膨脹（zhàng）比為26∶36，膨（péng）脹（zhàng）角為30°。
當確（què）定每個顆粒在圖（tú）像中的位置時，可以同時獲得顆粒尺寸和分布的信（xìn）息。相比較而言，基（jī）於顆粒（lì）關聯的PTV技術更容易（yì）獲得整個流場的顆粒運動和顆粒形（xíng）狀信息，因此PTV技術更適合研究沙塵環境試（shì）驗中含砂量較稀的氣固兩相流場（chǎng）。
測（cè）量原理是:用激光片光（guāng）源照射粒子濃度場，通過攝影係（xì）統將待研究區域的粒子濃度場完整記錄在底片上，然後對底（dǐ）片進行（háng）基於粒子相關性的PTV技術處理（lǐ）[5]，通過圖像的灰度梯度識別粒子邊界，即（jí）從灰度中心點計（jì）算出粒子（zǐ）圖像（xiàng）灰度中心相鄰點之間的梯度值。然後，根據這些點，計算（suàn）相鄰點的灰度梯度值。按（àn）照這（zhè）種方法，直到粒子的邊緣，即粒子的邊緣點與背景之間的（de）梯度值小於預設的閾（yù）值，並（bìng）且該點及其相鄰點的灰度（dù）值（zhí）接近背景（jǐng）的（de）灰度值。這（zhè）樣，找到（dào）每個粒子的邊界後，就可以計算出該（gāi）粒子在圖像中所占的麵積（jī），也就是它包含了多（duō）少個像素點。根據（jù）單位像（xiàng）素表示（shì）的實際長度，可以換算出顆粒的實際麵積，然（rán）後將麵積換算成相應的標準直徑，即不規則顆粒可以換算成標準（zhǔn）球形顆粒直徑。
D=4 STπ，其（qí）中ST為不規則斑點的實際麵積（jī），單位為平方米(m2)；d是換（huàn）算後的球形（xíng）顆粒的標準直徑，單位為m，經過這樣（yàng）的計算和換算，就可以得到每個顆粒的標準（zhǔn）直徑，根據搜索到的位（wèi）置和大（dà）小對圖像中的（de）顆粒進行分類，就可以得（dé）到相應流場中的顆粒大小和空間分布。
