基于三维粒子图像测速技术的艉流场试验

为了解决船舶艉部流场复杂流动机理认知困难的问题,本文依托哈尔滨工程大学船模水池实验室拖曳水池中的大型水下三维粒子图像测速系统,以具有槽道U型船艉的某型号单桨商船缩比模型为研究对象,对设计工况下不同截面处的船舶艉流场进行测量。测量结果展现了舭涡、螺旋桨毂帽涡以及"钩状"速度等值线等流动结构。同时对不同截面位置处的船舶艉流场进行了3方向速度、涡旋强度以及涡量等对比分析。分析结果表明:与一般U型艉肥大型船舶艉流场相比,具有槽道U型船艉流场在其结构形式中同样具有强烈的船艉舭涡和"钩状"速度等值线。但是其船艉舭涡和"钩状"结构有明显的向船中收缩趋势,受船中向内的凹陷船体表面影响,具有明显的边界层流场收缩现象。

基于三维粒子图像测速技术的滚流运动研究

借助自主搭建的三维粒子图像测速系统对4气门汽油机缸盖进行了稳流条件下缸内流场测量,得到缸内不同测量截面处流场的三维速度分布,对不同气门升程下缸内流场结构进行了分析,并基于离面速度分布对滚流比进行了计算.研究发现:缸内滚流流场在垂直于气缸轴线的测量平面内主要体现为位于进/排气门侧的进气射流;较高的气道压差可以保证流场结构充分发展,使流场结构趋于稳定,滚流比计算结果准确性提高;测量截面处流场离面速度分布直接影响滚流比计算结果,过小的可视区域无法将典型的流场结构(如靠近壁面的射流结构和局部涡团结构)包括在测量范围内,导致滚流比计算结果产生偏差.测量截面的位置直接影响流场离面速度的测量结果,测量截面太靠近缸盖底平面,缸内流动得不到充分发展,反之典型流场结构因衰减而不再明显,最终影响滚流比的计算结果.

改进型三斜叶-Rushton组合桨槽内流场特性的粒子图像测速技术

通过粒子图像测速技术(PIV)对装配三斜叶-Rushton组合桨搅拌槽内流场进行了实验研究,在甘油-水溶液中研究了该组合桨在不同转速N、离底距C_(1)以及桨叶间距C_(2)时的槽内流场变化情况。研究结果表明:当转速N=100 r·min^(-1)时,上桨叶区的混合效果有所改善,桨叶间速度分布相对均匀;当离底距C_(1)=0.3H时,上桨叶区低速区域最小,搅拌槽内的混合效果达到最佳;当桨间距C_(2)=0.25H时,上桨叶区的低速区得到改善,混合效果有所提升,两桨叶间速度分布趋于平稳有利于混合和传质。

粒子图像测速技术研究进展

粒子图像测速技术(PIV)作为一种全新的无扰、瞬态、全场速度测量方法,在流体力学及空气动力学研究领域具有极高的学术意义和实用价值.本文对PIV技术的原理、分类作了简要地介绍,详细归纳和评述了现有的各种速度信息的提取方法,并对拓扑图论、神经网络、遗传算法、模糊聚类等新技术在PIV中的应用以及三维PIV技术、两相流PIV测试技术进行了介绍.指出当前PIV技术除了向三维和多相流方向发展外,如何提高PIV的测量精度以及缩短计算时间仍然是目前研究的主要目标. PIV技术随着计算机技术、激光技术和CCD性能的发展。

基于粒子图像测速技术的垂直管螺旋流研究

为了研究牛顿流体和非牛顿流体螺旋流在垂直管中的流动规律,利用粒子图像测速技术测量了水和3种不同质量浓度的聚合物溶液在不同切向进入速度的条件下垂直管中的螺旋流瞬时速度场。对不同介质螺旋流的轴向速度的分布规律、径向速度的分布规律、边界层的特性和螺旋流的压降与切向进入速度关系的研究发现,垂直管中非牛顿流体和牛顿流体螺旋流的轴向速度是凹形且呈双峰的分布趋势;且黏度越大,双峰的趋势越明显。在轴向速度方向上存在回流,径向速度近似以中心反对称分布,边界层的厚度较小。给出了垂直管中不同介质螺旋流压降的计算模型。

Micro-PIV技术-粒子图像测速技术的新进展

Micro-PIV是近年来发展起来的一种微尺度流动测速技术.它是传统PIV测量与光学显微技术相结合的一种整场、瞬态、定量测量方法,其基本测速原理与传统PIV相同,但在示踪粒子选择、图像获取和处理等方面两者存在较大差别.Micro-PIV突破了传统微尺度流体力学测量手段的局限性,使得对微尺度流动元件的研究从过去只能给出流量、阻力特性等有限信息逐步转向对全流场内流结构的直接测量上,并且达到了相当高的分辨率和测量精度.本文对近几年Micro-PIV技术发展状况进行了总结和分析,论述了Micro-PIV技术与传统PIV的主要区别以及具体的处理技术,反映了其在科学与工程中的应用,并对此项技术的发展作了展望.

显微粒子图像测速技术——微流场可视化测速技术及应用综述

目前,随着微流动器件的应用领域更加广泛,包括化学、生命科学、芯片实验室及微加工制造(Micro electro mechanicalsystems,MEMS)等相关领域,流体在微流动器件内部的流动行为成为重要的研究内容。微尺度、低雷诺数流动的表面力作用相对增强,微尺度流动行为与宏观尺度有显著不同,目前许多复杂的微尺度流动现象还无法给出合理的解释。显微粒子图像测速技术(Micro-scale particle image velocimetry,Micro-PIV)是一种整场、瞬态、定量的微流场可视化技术,目前已达到相当高的分辨率(0.1μm),成为一种重要的微流动研究手段,引起广泛的研究关注。综述Micro-PIV技术在基本理论、关键技术、三维测速等方面的最新研究进展,并重点介绍Micro-PIV技术在近壁面流动、电渗流、微混合、生物流体、微液滴与气泡等研究中的应用进展,最后对此项技术的发展做展望。

三维粒子图像测速(3D-PIV)实验装置的研制

本文介绍了研制三维粒子图像测速(3D-PIV)实验装置的基本原理.给出了基本实验测试方法及示踪粒子三维速度向量的算法.介绍了3D-PIV应用于对流场的一个测试实例.

氢气泡粒子图像测速技术及初步应用

采用氢气泡粒子图像测速技术 (DigitalParticleImageVelocimetry,DPIV)对圆柱绕流进行了研究。一般DPIV拍摄时相机固定 ,可得出一种速度场分布。本文采用静止坐标 ,用简单的方法可以达到相机随流场移动的效果 ,从而利用DPIV技术将原来显示不出来的涡在变换后的参考坐标系下显示出来。发现DPIV实验结果静止坐标和运动坐标间的联系 ,并与实际流动显示结果进行比较 ,发现一般拍摄的流动显示结果为静止坐标结果 ,而直接DPIV计算结果为运动坐标结果。

超声粒子图像测速技术检测心腔内涡流的研究进展

心腔内的血流模式是一个很敏感的指标,在心脏结构和功能发生改变的同时就会受到即刻影响,从而为心血管生理学的理解以及发展超早期诊断工具提供了新视野。这一新型血流显像技术在超声心动图中的引入使临床显像和分析心腔内涡流成为了可能,笔者回顾了目前已发表的数个物理实验、动物模型以及临床研究,就超声粒子图像测速技术的原理、可行性、优化以及临床应用进行了分析,粒子图像测速技术虽然是一种前景广阔的技术,但临床应用还需更进一步的研究,以探索在不同病理条件下合适的涡流影像参数,以及对正常和异常环境下血流相关生理学的鉴定、检测和解释,为各种心血管疾病的早期诊断、治疗和预后提供新的依据。

基于粒子图像测速技术的滑坡-涌浪两相运动分析系统

滑坡-涌浪灾害威胁沿河两岸居民生产生活安全和航道安全。当前尚缺乏同步提供流固两相运动矢量的相关物理试验分析系统,以深刻分析滑坡-涌浪产生机制。文章提出了基于流固两相识别的粒子图像测速(PIV)技术和试验实现方法。利用2560×1024像素的工业相机,该PIV技术可实现在3 m×1.5 m视窗下最小1.17 mm的空间分辨率和0.01 s内最小0.117 m/s的观测速度。同时,提出了与该系统方法有关的误差来源和克服相关问题的解决方法。利用相关硬件设施示范性构建了滑坡-涌浪两相运动观测平台,并编制了专门的解算软件。对三维柱体颗粒崩塌、二维柱体颗粒崩塌及其涌浪和水下崩塌-涌浪进行了展示性试验,取得了良好效果。该系统可以揭示广泛的岩土体及水体运动全过程,具有很好的应用前景;将为滑坡-涌浪及相关动力学领域研究提供强有力的研究工具。

CFD和三维激光粒子测速技术在工程流体力学教学中的应用

工程流体力学是资源循环科学与工程的核心课程之一,在课堂教学中除了讲授流体力学知识,教会学生使用先进的流场测试手段以及数值模拟工具也是极其重要的一个环节。结合科研实践,将目前先进的三维激光粒子测速技术(V3V)讲授给学生,同时将计算流体力学(CFD)数值软件Fluent的相关使用和操作教授给学生,使学生在理论学习的基础上,进行良好的实践,加深理论学习效果,同时培养了相关技能,对学生将来工作和继续深造都有重要作用。

采用三维粒子图像测速系统测量汽车尾部流场

采用三维粒子图像测速系统对某跑车模型的尾部流场进行测量。根据测试结果,分析了跑车模型尾部速度场与涡量场的全局特性、上尾涡的形态及其发展过程,以及雷诺数对模型尾部流场特性的影响。

粒子图像测速技术及其在人体上呼吸道气流流场研究中的应用

分析了流场测量常用方法,介绍了粒子图像测速(PIV)技术与测试系统,综述了国内外利用PIV技术对人体上呼吸道内部气流运动测量的研究进展和已取得的研究成果,展望了PIV技术在研究人体上呼吸道气流特性方面的应用前景。

某水电站主变室通风的二维粒子图像测速技术热态模型试验研究

在试验研究中考察了送风速度和热源发热量对工作区气流组织的影响。试验结果显示,主变室的热源发热量从107kW增大到178kW时,气流流场变化不大;送风速度从1.8m/s增大到3.3m/s时,气流流场存在较大变化。表明对于有集中热源且采用下送上回气流组织的房间,机械力较热浮升力对气流流场有更大的主导作用。

基于Tomo-PIV技术的螺旋桨三维强旋转流动的实验研究

流体机械以及水力发电过程中的流动通常是具有强旋流的三维空间流动,此类流动的实验测量具有较大的难度。本文以水下伺服电机搭载三叶螺旋桨产生强的三维强旋转流动为例,采用四台CMOS摄像机同步对流场进行拍摄,并利用搭载了目前国际上最先进的层析粒子图像测速技术(Tomo-PIV)算法的德国LaVision公司的软件Davis 10.2.0对拍摄得到的图像进行空间重构,得到瞬时的三维空间速度场。基于得到的速度场,对螺旋桨三维强旋流结构的瞬时特性和时均特性进行了深入分析,并从速度、涡量和压力的变化上阐述了流场结构变化特点,证明了Tomo-PIV技术具有很高的测量精度和实际应用意义,在流体机械流场测量和水力发电领域三维空间流场的精细测量有广阔的应用前景。

简易粒子图像测速(PIV)技术开发与优化技巧

粒子图像测速(PIV)技术是一种瞬态流动平面二维速度场测试技术,在细部流场实测领域得到重视,但是成熟的PIV产品价格高昂。鉴于此,介绍了一种简易的PIV装置,主要由高速摄像机、激光发射器、柱面透镜和示踪粒子构成,以较低成本即可基本实现商业用PIV产品的功能。为了验证简易PIV性能,设计了PIV简易装置,采用Fluent软件模拟,并结合PIV技术对比分析了简易PIV装置的优缺点,同时对影响结果的粒径大小和粒子跟随性进行了优化。结果表明,简易PIV装置适宜选用玉米粉作为示踪粒子,并需要根据示踪粒子跟随性所能达到的最大进口水流速度选择高速摄像机的帧率,最终能够较好地实现流场实测,进而达到对PIV技术进行开发和优化的目的,其分析结果将为后续研究者提供参考。

搅拌槽内流动结构的粒子图像测速技术研究

使用粒子图像测速技术（PIV）对Rushton桨在全挡板搅拌槽内的流场结构进行了研究。在同一搅拌槽中采用固定雷诺数的放大准则，对比了不同直径的Rushton桨的速度和湍流动能分布。结果表明，Rushton桨叶产生的径向射流沿径向方向是向上方倾斜的，倾斜角度在5＊～6＊；在排出区，湍流动能沿径向先增加至一峰值后减小；不同桨叶直径的Rushton桨，无因次化后的速度和湍流动能的大小分布在桨叶附近几乎没有差别，但随着桨叶直径的增大，剪切速率和输入功率减小，射流偏角和排出量增大。

采用粒子图像测速技术测量的预混式双流体静电雾化流场特性

为实现高湿环境下稳定的荷电喷雾,采用空气电离与液雾混合的荷电方法,设计了一种基于预混式双流体静电雾化喷嘴的喷雾系统,借助粒子图像测速技术(PIV)对喷嘴在不同气液比和不同电压下的喷雾流场进行了测量分析,获得了不同工况下喷雾速度场与喷嘴内部旋流场的变化规律。实验结果表明:随着气液比的增加喷雾核心区的雾滴最大速度没有明显变化,但核心区内雾滴群的高速运动区域增大,并由流场中上游向下游延伸;此时喷雾流场的湍流程度显著增强,喷雾集束性逐渐减弱,并衍生出较多尺度小且分散度高的涡。随着电压的升高,喷雾流场不同区域的扰动程度存在差异性,电场对荷电喷雾核心区的流场影响不大,但对液束边缘处扰动程度较为明显,表现为流线变得杂乱,产生较多小尺度涡。

采用粒子图像测速技术对低雷诺数下双层CBY桨搅拌槽内流场的研究

采用粒子图像测速技术(PIV)对双层CBY桨搅拌槽内的流动特性进行了研究。在雷诺数(Re)为38～228的范围内,考察了Re和桨叶层间距对槽内流型的影响规律,同时采用扭矩传感器研究了Re对功率特性的影响。实验结果表明,功率准数随Re增大逐渐降低,桨叶层间距改变对功率准数影响较小;随Re增大,轴向速度较高的区域向槽壁偏移,无因次化速度数增大,下层桨端部上方出现漩涡,且漩涡宽度变窄;桨叶层间距/桨叶直径为0.4是临界层间距,小于该值可实现槽内物料的整体循环,否则两层桨问的流动出现分离。这对低Re下搅拌设备的设计和优化具有一定的参考意义。