基于图像的激光熔覆粉末粒子运动行为分析

为研究送粉参量(送粉量和送粉气流量)变化对激光熔覆过程同轴载气粉末粒子运动行为的影响,建立了数字粒子图像测速试验装置,开发了图像处理软件,得到了不同送粉参量精确的速度场云图以及z轴方向(垂直方向)浓度分布情况。结果表明,在送粉量一定的情况下,随送粉气流量的增加,粉末粒子的初始速度呈线性增大,并使z轴方向速度的增加值加大,而对粉末流浓度影响较小。在气流量一定的情况下,送粉量与粒子速度在一定范围内有一定比例关系,超出送粉量0.33g/s～0.83g/s范围,其影响将减弱。由于粉嘴结构的原因,沿出粉方向存在粉末发散汇聚再发散的变化。汇聚的实现与气体流量关系较大。

控制点排列对图像校正的影响及重复校正

针对在DSPIV(Digital Stereo Particle Image Velocimetry)的图像几何校正中,校正板上控制点的排列方式对图像校正误差所产生的影响,在使用双调和样条函数构建校正映射函数的条件下,分别使用了11列×21行、21列×21行、11列×41行、21列×41行和16列×31行5种控制点等列距、等行距排列的校正板来进行图像校正,计算了这5种控制点排列方式对应的校正准度和校正精度.另外,为进一步减小图像校正误差,还提出了对经过校正所得的图像进行重复图像校正.实验结果表明:随着控制点数目的增加,校正准度和校正精度会相应提高;经过重复图像校正的校正准度和校正精度优于一次校正的结果,但需要耗费更多的图像处理时间.

透明土实验技术现状与展望

回顾和评述了透明土实验技术的起源、材料的制备、岩土工程性质、实验设备与技术、图像捕捉与处理方法以及透明土实验技术的应用。模型实验中,采用激光散斑技术对透明土体内部的变形和渗流过程进行观测,得到相应过程的数字图像,再利用数字图像处理技术得到土体内部变形和渗流变化。对透明土实验技术的进一步发展提出了建议,认为目前急需建立透明土试样制备、指标测试和实验技术标准,并健全基于透明土的模拟理论。

DPIV技术测量流冰速度应用研究

基于数字信号分析原理,对连续两幅图像进行互相关分析,寻找互相关函数的峰值;应用数字粒子图像测速(digitalparticle image velocimetry)技术,并通过计算机VC编程,解决了用于雷达测量单点流冰速度的不足;为大范围区域内流冰场瞬时速度的计算,实时雷达测量辽东湾海上流冰速度场提供了有应用价值的方法。

充分发展圆管湍流的实验研究

采用粒子数字图像测速（ｄｉｇｉｔａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｉｍａｇｅ ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ，ＤＰＩＶ）和定量流动显示技术（ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｆｌｏｗ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ，ＱＦＶ）对充分发展的圆管湍流进行了研究．测量结果和直接数值模拟（ｄｉｒｅｃｔｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＤＮＳ）结果进行了比较，结果表明作者开发的 ＤＰＩＶ技术取得了满意的精度．在此基础上对圆管湍流的动力学机理进行了研究，分析了上抛和下扫在湍流生成中的贡献以及流动显示结构内的脉动速度分布，测量结果显示在圆管湍流的近壁区存在横向强脉冲现象和流动显示所能观察到的结构为上抛占主导地位的结构．

蜻蜓翼三维流动结构的演变

为了与蜻蜓前后翼流动干扰的流动结构作比较,首先研究了悬停飞行状态下单个蜻蜓翼周围的三维流动结构,利用一套机电拍动翼运动模拟机构模拟了一个蜻蜓翼的拍动,使用数字体视粒子图像测速技术(DSPIV,Digital Stereo Particle Image Velocimetry)和多切面锁相技术分别测量了两个下拍拍动相位时刻(t=0.25T,0.375T)和两个上拍拍动相位时刻(t=0.75T,0.875T)蜻蜓翼周围的瞬时空间三维流场,运用局部涡识别准则中的λci准则来识别和显示了流场中的三维涡结构,还展示了蜻蜓翼各个展向测量截面中的|ωz|等值线、蜻蜓翼前缘涡的涡核线相对于蜻蜓翼上翼面的空间位置以及前缘涡在各个展向测量截面中的截面环量等.实验结果揭示了蜻蜓翼周围的三维流动结构在蜻蜓翼拍动时的演变历程.

一种新改进的DPIV方法

数字粒子图像测速技术 DPIV(Digital Particle Image Velocimetry)是一种快速提取流场速度的方法 ,但测速精度较低。已有的改进方法虽然使精度得到了提高 ,却丧失了 DPIV快速处理的优点。本文综合已有方法的优点 ,提出了一种兼有快速和精度较高的处理方法。该方法以 Willert提出的 DPIV方法为基础 ,吸收了 Huang提出的改进方法中的迭代思想 ,既保留了 DPIV快速处理的优点 ,又在一定程度上提高了测速的精度 ,非常适合于多工况和非恒定流的测量。

臭氧接触反应器气液两相流数字图像处理方法与实验分析

在单相数字粒子图像测速度(PIV)技术的基础上,研究气液两相流动的PIV图像处理方法,采用数字掩模技术对不同相的流动信息进行标记、识别、提取与计算,编辑了相应的软件。运用改进后的PIV方法对臭氧接触反应器中气-液体两相流动进行了测试与分析。结果表明,臭氧接触反应器中液相轴向流速分布是决定反应器内水力特性的主导因素;进气流量直接影响反应器内液气两相的流速分布;随进气流量的提高,液气两相的轴向速度和横向速度均增大,同时反应器流动结构与流程分布会发生较大变化。

DPIV对圆柱绕流的研究及运动参考坐标系的转换

采用以氢气泡为示踪粒子的数字粒子图像测速技术(digitalparticleimagevelocimetry,DPIV)对三种不同雷诺数下的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。笔者采用静止坐标,用简单的方法可以达到相机随流场移动的效果,DPIV处理结果可以看到一些更深入的情况。

梯度磁场推进扩散火焰燃烧的实验研究

用数字粒子图像测速技术(DPIV)测量了扩散火焰周围气流在梯度磁场作用下的速度分布,并与无磁场作用下的速度分布比较。结果表明当梯度磁场作用于扩散火焰时,火焰周围气体运动被加速,火焰的形状变得尖锐,亮度增加。实验定量地验证了梯度磁场可以诱导气体对流的发生,从而进一步推进扩散火焰燃烧反应。

基金成果简讯

离轴大视场数字全息粒子图像测速技术（DHPIV）研究及其应用;飞行器大机动飞行非定常气动力的分析计算;飞机动力装置金属丝网隔振安装设计技术研究;航空发动机FADEC系统模糊预测控制技术研究;低污染燃烧室贫油预混合蒸发管特性研究……

激光熔覆中金属粉末粒子与激光相互作用模型

为了对同轴激光熔覆过程中运动的金属粉末粒子的速度和温度进行理论分析,并研究各工艺参量的影响,建立了运动中金属粉末粒子的运动模型和热模型。模拟结果表明,粉嘴几何尺寸、粒子直径以及气/粉两相流初始速度是影响粒子运动行为的重要因素;粉嘴几何尺寸、激光焦点位置、激光发散角、激光功率、粒子直径以及气/粉两相流初始速度是影响粒子热行为的重要因素。在相同的工艺参量下(粉嘴出口内径r=2 mm,粉嘴倾角α=60°,初始气流速度v0=0.8 m/s),基于数字粒子图像测速(DPIV)技术,对316L不锈钢粉末粒子运动模型进行了实验验证。结果表明,运动理论模型是可靠的,该模型是掌握同轴激光熔覆过程中金属粉末粒子运动行为的有效工具;同时,热模型也是分析粉末粒子温度随不同参量变化的重要工具。

燃油喷雾流场DPIV测速系统的开发

数字粒子图像测速技术(DPIV)是近年来发展起来并得到重视的流场测量新技术。本文开发了一套用于燃油喷雾流场研究的DPIV测速系统。该系统包括全透明玻璃容器、光导系统、X—Y坐标系统,和控制喷嘴、激光器、CCD相机动作时序的同步信号控制系统,从而能全过程拍摄燃油雾化全场。利用该系统所进行的柴油喷雾实验表明,喷雾与空气相互作用产生卷吸现象,在局部雾化区域形成涡流。

激光熔覆中粉嘴流场的数值模拟

建立了激光熔覆中由粉嘴输出的保护气体-金属粉末两相流场计算模型,应用FLUENT软件进行计算。该模型中考虑了两相流中动量和质量的传输。分析了金属粉末流场的水平方向和中心线上的速度分布规律,以及粉嘴内外粉末流的速度矢量分布规律。计算结果表明,中心线处粉末流速度分布先呈现微小的增大减小过程,而后单调递增,大约从粉嘴下方100 mm后呈线性递增;速度水平分布先在中心线附近达到最大而后在径向距离6～11 mm区间内线性递减至零。在相同的工艺参数下,应用数字粒子图像测速（DPIV）技术对同一流场进行检测,计算值和测量值吻合较好。结果表明,所建立的保护气体-金属粉末流速度场模型是可靠的,该模型对掌握流场参数分布和进一步指导粉嘴尺寸设计有一定的参考作用。