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1研究背景
2实验平台
II. 流场测量设备（见图1）：采用中科君达视界提供的千眼狼高速摄像机，分辨率1920×1080 @2000fps，用于捕捉示踪粒子运动轨迹；连续波激光器，波长532 nm，功率10 W,用于产生1 mm厚度，发散角15°的片光源；千眼狼自研流场测量PIV软件RFlow，用于提取相邻帧中粒子的位移分量，计算速度矢量分布，生产流场速度矢量图。
图1
3实验步骤
I. 稳定水模型、标定并添加示踪粒子
将水模型内水流调节至稳定状态，随后引入与水密度接近的示踪粒子，在静态水中进行网格标定，确定视场范围与坐标系对应关系。开启水泵与气体供应，待流动稳定。
II. 进行PIV流场测量
启动532 nm激光片光源，照亮中间包中部测量区域，同步开启高速摄像机，以400 fps 帧率连续拍摄3 s，获取示踪粒子的运动图像序列，再使用千眼狼PIV软件对图像进行跨帧分析，提取粒子位移数据计算并生成流场矢量图。
3.3 模型验证对比
基于水模型几何参数建立CFD模型，采用欧拉-欧拉法模拟气液两相流，连续相（水）湍流模型为 realizable k-ε 两层模型（RKE-2L），离散相（空气）采用 Issa 湍流响应模型；将PIV测量速度场与CFD模拟结果进行定量对比，重点验证不同吹气N（空中间包）、R1（右侧壁吹气）、F2（前侧壁吹气）三个关键方案下涡旋结构、速度分布的一致性。
4实验数据
I. N方案（空中间包，即无吹气基准工况）
此方案为基础流场的验证。PIV测量结果显示，在速度矢量图中间包中部存在两个逆时针涡，CFD模拟得到的速度矢量分布与PIV测量结果高度吻合—两个逆时针涡的位置，且涡区内速度幅值与PIV测量值高度一致，表明基础模型能准确反映裸包内的主流形态，详见图2。
图2
II. R1方案（即右侧壁吹气工况）
此方案为局部涡结构的验证。PIV测量结果显示，右侧壁吹气后，诱导出一个贯穿中部区域的大型逆时针主涡，气体上升流带动周围液体形成环流结构。PIV系统测得主涡中心区域速度与CFD预测值偏差小于8%。速度方向与强度的空间分布一致性良好，验证了CFD模型能够精确捕捉“侧壁吹气对涡结构的重构作用”，包括涡的数量、位置及局部流速变化，可用于分析右侧壁吹气对局部流场的优化效果，详见图3。
图3
III. F2方案（即前侧壁吹气方案）
此方案为复杂流态的验证。PIV测量结果显示，前侧壁吹气后，流场呈现反向双涡结构，靠近保护罩侧为逆时针涡，靠近出口侧为顺时针涡，两个涡的间距较N方案更小，对称分布于气柱两侧。CFD模拟的反向双涡结构与PIV测量完全一致，涡的旋转方向、间距均被准确复现，保护罩侧涡内流速计算值与PIV实测值误差＜2%，出口侧涡的流速偏差＜3%，表明CFD模型能精准模拟“前侧壁吹气形成的复杂螺旋涡”，为全流场优化分析提供了可靠的数值工具，详见图4。
图4
5实验结论
II. F1方案为最优方案：PIV-CFD协同分析表明，流场形成的大螺旋涡能搅拌全中间包流体，死区体积仅39.68%，且表面流增强，利于夹杂物上浮；相比右侧壁吹气，流场均匀性更优，同时规避高流量和高位吹气导致的卷渣风险。
6结语
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