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。

基于粒子图像测速技术的节状地下连续墙变形特性与破坏模式研究

节状地下连续墙(简称节状墙)是一种新型的地基基础形式,具备良好的工程特性,相对于传统地下连续墙而言,由于节部的存在,其抗拔承载力得到了有效地提升。目前,节状墙的应用及研究尚处于起步阶段,其变形特性与破坏模式亟待摸清。通过室内模型试验辅以粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术对节状墙基础竖向受拉下的位移和破坏形态开展了分析,研究结果表明:端部与中部节的设置扩大了深部与浅部土体的影响范围,多部节的设置相对于单部节有利于调动更广范围的土体。节状墙的破坏模式包括垂直滑移面、倒金字塔状或正切曲线和花瓶状曲线(即曲线滑移面)相连接的滑移面。总体而言,与抗拔桩相比,节状墙的抗拔破坏面受到节部数量和位置的影响而表现为复合型,且部分滑移面的走向与土体内摩擦角有关。

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.

稀疏气泡流动的粒子跟踪测速技术研究

采用动态阈值技术实现了对气泡图像的正确分割,利用灰度加权方法提高了气泡颗粒的定位精度。根据稀疏气泡流动图像的特点,提出了一种新的基于相关的粒子跟踪测速算法(2HPTV)。通过进行两时刻中围绕待研究气泡所取的两个小的诊断窗口的相关运算,成功实现了气泡颗粒的轨迹追踪。实验表明本文算法较传统的PIV技术在测速精度上有很大程度的提高,与4帧粒子跟踪测速算法相比,降低了对摄像机帧频的要求,具有较强的实用性。

超声粒子图像测速技术及应用

心血管疾病的产生与动脉血流的流动状况密切相关。然而,目前普遍应用的超声多普勒成像技术不能精确测量复杂血流流场信息。本文提出了一种基于超声造影微泡的超声全流场粒子图像测速技术,能够获得多维流速速度信息,且不依赖于声束与速度向量之间的夹角。本文首先着重阐述了超声全流场粒子测速技术的基本原理以及系统组成,并对直管流和旋转流场流体动力学特性进行了实验测试研究,实验结果表明本技术能够测量全流场速度,并可作为表征复杂血流流场的有力手段。

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。

采用乳化空气泡做示踪粒子的PIV测速技术

本文介绍一种适用于水洞力学实验的采用乳化空气泡做为示踪粒子的PIV测速技术。选用乳化空气泡做PIV测速示踪粒子,取代了通常采用的固体颗粒,由两台YAG大功率脉冲式激光光源组合系统做为PIV底片记录的双脉冲曝光光源。乳化空气泡的最大优点是对实验水洞或水槽无污染,且产生方便、经济,又可以形成高质量的杨氏条纹图像,这一技术能够使得PIV测速技术在水洞力学应用测量中真正达到实用。

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。

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。

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。

基于粒子图像测速技术(PIV)的自由游泳草鱼动力学特征分析

为研究草鱼Ctenopharyngodon idellus幼鱼在自由游泳状态下的动力形成过程与高效推进模式,利用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)和涡量分析原理,在静水条件下对直线、转弯和后退3种游泳状态下的草鱼幼鱼(平均体长4~10 cm)周身受力特征及推进效率进行了分析。结果表明:直线和转弯游泳时,草鱼幼鱼主要依靠尾部聚集的正涡形成推力,该部位的推力转化率最高可达73%,而后退时的幼鱼则主要依靠中部负涡产生的反向力来推动鱼体;试验数据显示,当头部偏角为9°~10°时,直线游泳的草鱼幼鱼整体推进效率最高可达83%,其次为转弯和后退游泳状态,这两种状态下的幼鱼最高推进效率分别为74%和65%。研究表明,尾部聚集的正涡是幼鱼前进推力形成的主要来源,且较小的头部偏角更有利于草鱼幼鱼的高效推进。

氢气泡网格图像测速法──瞬态二维速度场测量

本文介绍一种二维瞬态多点流场测量方法──网格图像测速法。运用数字图像处理技术由氢气泡时间－染色线流动显示图像自动生成网格图像，网格图像的网格结点为氢气泡块角点的拟合点，由网格结点的位移确定流场速度。