零流量工况下双叶片泵内部流场三维PIV测量

采用三维PIV测试技术对一比转数为111的双叶片泵零流量工况下的内部流动进行了测量。采用基于光纤制作的外触发同步系统和等效标定方法等关键技术来保证三维PIV测试精度。在Visual C++2005平台下,根据速度三角形,编写了三维PIV速度合成程序,将测量的绝对速度与圆周速度合成得到相对速度。结果表明:隔舌对叶轮内绝对速度场影响较大;叶轮流道内3个测量平面上都存在较大范围的漩涡区,但漩涡的大小、位置有所不同;蜗壳扩散段存在低速区域,该区域的绝对速度小于0.62 m/s,且存在漩涡现象;3个测量平面上,叶轮流道内、蜗壳扩散段及隔舌附近区域的轴向速度各不相同。

一种基于互相关的三维PIV图像处理方法

本文建立了一种基于互相关技术的三维 PIV图像处理方法 ,在该方法中 ,建立了粒子的图像坐标与空间坐标的关系式 ;利用互相关技术构成连续两时刻三维空间粒子的对应方法 ;通过图像粒子的标定 ,照相机系统的标定、粒子空间坐标的确定、连续两时刻空间粒子的对应、误对应速度向量的判断和消除步骤 ,形成了一个完整的三维 PIV图像处理系统。将本方法运用于日本可视化协会 (VSJ)提供的三维标准图像的处理 ,结果表明 ,无论是低粒子浓度图像还是高粒子浓度图像都具有精度高。

三维PIV技术在吸入涡流态测量中的应用

为了研究进水口前吸入涡的流动特性以及不同结构的进水口对吸入涡的影响,对水平进水口前的吸入涡流动进行了三维PIV测量。测量时应用折射率校正法解决了不同介质中进行三维PIV试验时所产生的粒子成像不清晰的问题,并采用多次成像标定法来减小垂直方向上的速度测量误差。通过该试验,得到进水口前吸入涡的三维速度分布规律,并得出后壁面角度与吸入涡大小和强弱关系。试验表明,后壁面角度为30°的进水口比角度为0°进水口更能有效的阻止吸入涡发生,因此可以通过加大后壁面的夹角的方式来削弱进水口处的吸入涡。

三维PIV中透视成像的视点定位与透视平面的确定

对三维PIV中透视投影的视点定位与透视平面的确定技术作了深入的研究，提出了一种确定视点坐标与透视平面的方法，给出了相应的数学关系式，最后通过实验的方法对视点坐标与透视平面的确定技术进行了检验。

离心泵叶轮内三维PIV测量实验分析

介绍了三维粒子图像测速仪的测试方法,对三维PIV测试技术的示踪粒子的定位方法进行了分析,并将其应用于离心泵叶轮内部流场的流速分析。通过实验得到了不同叶轮半径的叶轮内圆周与径向的速度分量和径向流面上速度矢量的变化以及二次流的分布情况,发现压力面的速度由低到高、吸力面的速度由高到低地变化,这种变化随着叶轮半径的增大,有较为稳定的趋势。实验结果表明三维PIV测试技术对离心泵内部流场流速的测量具有较好的效果。

一种新的三维PIV自标定技术

相机标定是获取相机内外部方位参数的过程。利用体视投影匹配确定的标定参数,就能从两幅体视照片中确定视场内一点的三维位置。提出一种新的在三维PIV测量中使用的相机自标定技术。该方法只需要测量现场的任意八个不相关点和一个标定长度做参照,就可实现流场的自标定,完全不需要再测试现场放置标定体,更不需要已知相机的内外方位元素。该标定方法分为两步:第一步标定相机内方位元素:由三灭点定理确定体视相机的初步标定参数;第二步标定实际流场:利用同源像线与基线必定确定一平面作为优化约束,对第一步取得的参数进行非线性优化。实验证明,该方法行之有效。

跨声速风扇转子内流场三维PIV测量

在压气机试验台上开展了跨声速风扇转子内流场三维PIV测试技术研究。对跨声流场粒子跟随性、狭小空间光路布局、高速旋转件周向定位、三维标定等技术难点进行了攻关,发展了适用于高速旋转件内流场测量的三维PIV技术,获得了低转速及跨声速转速下工作点转子通道内部的详细流动结构,且与PSP测量结果吻合较好。本研究为跨声速压气机内流场研究提供了非接触测试手段,同时研究成果也为数值模拟及压气机设计改进提供了详细的试验数据。

复杂固体边界流场的三维PIV测试技术:任意三维边界识别算法

针对复杂固体边界三维流场的PIV测试应用,以及流固耦合实验研究中流场和固体结构特征的瞬态同步测试需求,发展了一种基于双相机布置形式的任意三维边界识别算法以精确获取三维表面几何信息;并以基于MLOS-SMART三维粒子场重构的Tomo-PIV算法计算三维速度矢量场,可同步获取三维表面结构运动/变形信息和三维瞬态速度场。这一边界识别算法基于SURF(加速稳健特征)模式识别算法进行三维曲面重构,可以确定流场中三维物体结构的边界特征。论文采用双相机布置方式获取了三种不同曲率的圆柱曲面图像,验证了所发展的三维边界识别算法的准确性。最后以圆柱绕流Tomo-PIV数字合成粒子图像序列为验证对象,采用所发展的边界识别算法和Tomo-PIV算法分别高质量地计算出圆柱曲面信息和三维速度场。

三维射流PIV图像处理方法的研究及其精度分析

本文利用三台照相机系统记录三维射流的流动 ,通过照相机系统的标定、三维空间粒子的重构、空间粒子的对应及误对应向量的判断和消除等 ,建立了一种三个图像记录设备组成的三维 PIV图像处理算法 ,并对其精度进行了分析 ,通过对三维射流图像的处理和分析表明 ,该方法是切实可行的 .

三维粒子图像测速实验的研究

该文介绍利用由2台相机构成的三维PIV成像系统记录流场的流动.实验首先通过标识框确定透视像距,实现两相机的标定,在暗室中将两相机快门常开,调节闪光灯以一定的频率曝光2次,使每一相机底片上同时记录下2个时刻的粒子图像.基于实验应用此三维PIV成像系统,对用透明有机玻璃制成的振荡流反应装置进行拍摄,获得一组记录粒子图像的图片,应用VC图片识别程序及MATLAB程序成功获得了反应器内某一瞬时的速度矢量图,证明此测速方法是可行的.

光场单相机三维流场测试技术

将光场三维成像技术与实验流体力学相结合,实现单相机对空间三维瞬态流场(3D3C)的精确测量,为流体力学实验研究提供了一种全新的测试技术。详细介绍了具有自主知识产权的光场相机硬件系统、基于乘积代数重建技术(MART)的粒子光场图像重构算法以及基于光线追迹的数字光场图像合成算法。利用DNS数字合成图像以及低速射流实验图像,将所发展的光场单相机三维流场测试技术(Light Field Particle Image Velocimetry,LFPIV)与目前最成熟的三维流场测试技术层析PIV(Tomographic Particle Image Velocimetry,Tomo-PIV)进行对比研究分析。实验结果表明LF-PIV技术完全能达到与Tomo-PIV同等量级的测量精度。

基于单相机光场PIV的逆压湍流边界层测量

作为一种新兴的体三维粒子图像测速技术,光场单相机三维粒子图像测速技术(Single-Camera LightField Particle Image Velocimetry,LF-PIV)能够仅用单个相机获得三维速度场,其结果已在许多复杂三维流动测量中得到验证。LF-PIV的优势主要在于其紧凑简便的硬件设备以及对光学窗口较宽松的要求。应用LF-PIV技术对一个自相似的逆压湍流边界层(Adverse Pressure Gradient Turbulent Boundary Layer,APG-TBL)进行测量,该实验在澳大利亚莫纳什大学(Monash University)航空航天与燃烧湍流研究实验室(Laboratory for Turbulence Research in Aerospace and Combustion,LTRAC)水洞中完成。实验对远、近壁面测量所得到的各600组瞬态三维流场数据进行分析验证,并与相同工况下的2D-PIV实验结果对比,证明基于DRT-MART重构技术的LF-PIV能够进行基本的湍流边界层测量。

单目立体视觉传感器的优化设计及精度分析

设计采用一台CCD摄像机和两组对称反射镜组合实现双目视觉功能的单目立体视觉传感器系统,建立了透视成像数学模型,详细分析了传感器的几何结构参数,例如组内两个反射镜之间的夹角、两组反射镜之间的夹角、反射镜间的距离、反射镜与摄像机的距离等对系统性能的影响并进行了精度计算,为立体视觉传感器的优化设计提供了理论依据。传感器结构紧凑、调节方便,适合近距离高精度测量,目前已成功地应用于正在开发的气液两相三维PIV测量系统中。

小翼对风力机叶尖涡运动轨迹的影响研究

本文利用三维PIV测速技术,在B1/K2直流式低速风洞开口段,对小翼对风力机叶尖涡三维运动轨迹的影响展开研究。实验发现,S型小翼对叶尖涡的打散程度大于V型小翼。加装小翼后,使得叶尖涡运动轨迹螺距减小,同时叶尖涡的径向运动距离增加,向外迁移的程度增加。在额定工况下,小翼影响的因素包括风力机功率系数、叶尖涡运动轨迹形态、叶尖涡的强弱,其中小翼对叶尖涡运动轨迹向外迁移的程度和螺距的减小程度占主导因素,小翼对叶尖涡打散程度占次要因素。