基于粒子图像测速(PIV)技术的圆盘桨搅拌槽湍流动能耗散率研究

在边长L为220 mm的方形搅拌槽内,采用高解析率的二维粒子图像测速(PIV)技术在搅拌雷诺数Re=1300下对圆盘桨形成的流场进行研究,得到Kolmogorov尺度下的高解析流场。基于流场数据和各向同性假设得到湍流动能分布,并比较了直接定义法和大涡PIV法计算的湍流动能耗散率。结果表明:当离底高度C=0.15L时,圆盘桨的流型呈现出独特的单循环流型,流体主要旋涡为单旋涡结构;搅拌槽内湍流动能的最大值出现在桨叶排出流的末端;在Kolmogorov空间解析尺度下直接定义法计算得到的湍流动能耗散率大于大涡PIV法,并且湍流动能耗散率的峰值位于桨叶端和排出流区域。直接数值模拟的验证结果表明,这两种计算方法中使用的各向同性假设是合理的。

水流场PIV测试系统示踪粒子特性研究

粒子图像测速技术（PIV）是一种新的流场测量技术，通过对流场中的示踪粒子进行多次曝光成像，获得具有相关性的示踪粒子图像，利用软件对粒子图像进行处理后可得到被测流场的信息。水流场PIN测量利用合适的示踪粒子运动来表征流场状况，示踪粒子的特性对PIV最终测量结果影响很大。讨论了密度、直径、表面反射率等示踪粒子特性对系统实验测量的影响，并特别针对水流场斜入射离轴PIV测试，选择合适的特性参数设计研制了一种简单实用的水流场示踪粒子。通过在直径为100—200μm的聚苯乙烯微球上利用化学方法进行表面镀银，使示踪粒子具有高的光散射特性，实验结果表明这种微粒非常适合于水流场示踪。

两相流PIV粒子图像处理方法的研究

本文在单相PIV技术的基础上研究了两相流动PIV图像处理方法,采用摸板匹配法和灰度加权标定法对两相粒子进行了识别、区分和标定,采用灰度互相关法对区分后的单相粒子图像进行了处理.应用基于以上方法编制的Windows应用软件,首先对由美国Minnesota大学复杂流动实验室提供的两相流动粒子图片进行了处理,通过对比分析可见,应用本文所采用的方法能对两相粒子进行有效的识别和区分,然后以搅拌槽内液固两相流场为例对此方法进行了应用.

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.

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.

PIV技术的粒子图像处理方法

以图像相关理论为基础,研究粒子图像测速技术(PIV) 的图像处理方法,编制出高精度的处理软件,重建计算模拟的粒子图像位移场,给出了自相关法与互相关法的积相关与减相关的计算结果,及互相关法的误差分析,分析了自相关与互相关区别.得出了互相关法是提高粒子图像测速技术精度的有效方法的结论,因此跨帧技术是PIV

内燃机燃烧室流场PIV测试中示踪粒子跟随性分析

从紊流理论出发,对处于紊流流场中的示踪粒子进行受力分析,根据粒子图像测速(PIV)中的实际要求与BBO(Basset-Boussinesq-Oseen)方程的不同,建立了紊流流场中示踪粒子的模型;推导出适应内燃机燃烧室流场PIV测试的示踪粒子跟随性计算公式,得出在该实验条件下,示踪粒子直径小于19.2μm时,PIV测试会取得较好结果.

粒子图像测速(PIV)技术的发展

在流场显示测量技术中,粒子图像测速(PIV)技术占有相当重要的地位。本文重点介绍了PIV的测试原理及应用要求,并以TSI公司开发的PIV系统为例对DPIV系统的构成作了概括,同时指出了PIV技术的未来发展方向。

水平携带床的粒子图像测试技术测试方案

介绍了粒子图像测试技术(PIV)原理,分类,设备组成,以及利用PIV分析气固两相流的研究现状;为了研究生物质颗粒在等离子体快速热解液化设备的水平携带床中的运动,根据PIV分析对光路的要求,设计制造了一套透明的冷态模拟装置,提出了相应的PIV测试方案;并从生物质颗粒粒径大小,拍摄区浓度,拍摄间隔时间,光的折射等几个方面进行分析,最后得出结论:利用该套PIV测试方案研究水平携带床内生物质颗粒的运动有着广阔的前景.

粒子图像速度场仪在室内气流流场测试中的应用

介绍了粒子图像速度场仪(PIV)的原理和特点,针对空调房间两股射流对喷的实例,进行了CFD仿真和利用PIV进行试验的结果比较,结果表明PIV能够为CFD提供实验验证。

螺旋气锚螺杆结构优化的PIV(粒子图像测速)试验研究

为了优化螺旋气锚螺杆的结构,提高螺旋气锚的气液分离效率,利用PIV(粒子图像测速)对不同结构螺杆螺旋气锚顶部螺旋流场进行了测试,提取了同一位置处螺旋气锚顶部螺旋流场中的旋流速度,并进行比较。建立室内螺旋气锚气液分离效率评价装置,对不同气液比条件下,不同结构螺杆螺旋气锚的气液分离效率进行测试。将所测试的螺旋气锚顶部的旋流速度与气液分离效率进行对比分析,优化螺旋气锚的螺杆结构。结果显示,等双螺距和变螺距螺杆螺旋气锚顶部轴向旋转速度分布曲线形状基本相似,总体上变螺距螺杆螺旋气锚顶部旋转速度比等螺距的大,变螺距螺杆螺旋气锚顶部轴向旋转速度梯度比等螺距的大。等双螺距螺杆螺旋气锚顶部旋转速度比单螺纹螺杆螺旋气锚的大。在相同流量及气液比条件下,变螺距金属螺杆气锚气液分离效率总体上最高。

电驱动微流体粒子图像测试系统

为了研究微米量级管道机械特性对小雷诺数流体运动传质机理的影响,建立了电驱动微流体粒子图像测试系统,系统包括倒置荧光显微镜、致冷图像传感器、微流体驱动高压电源及微流场位移矢量识别算法.通过实验测试及理论分析给出了系统的关键技术参数;通过测量示踪粒子表面电荷特性,以消除粒子电泳运动对电驱动流体PIV方法产生的测量偏差;测量了水力直径为30μm微管道中电渗流场,测量结果与理论分析的塞状流型一致;分析了布朗运动、粒子电泳运动以及相关算法误差,对粒子图像测速方法不确定度的影响.

基于粒子图像测速技术(PIV)的砂箱物理模拟实验研究

地壳浅表变形受控于多种边界条件因素的影响,因而具有长期构造演化过程和复杂的构造特征。构造物理模拟是研究自然界地质变形过程的一种重要的可视化方法,特别是伴随着计算机技术的飞速发展,粒子图像测速技术(PIV)在地质模拟实验中越来越发挥着重要作用。该文以砂箱物理模拟实验为基础,详细分析了粒子图像测速技术(PIV)应用的方法、过程和技巧,模拟结果对于解译砂箱物质变形过程和机制具有重要意义。

粒子图像测速技术:从实验室到工业应用的进展(特邀)

粒子图像测速(PIV)已成为测量流体流动速度场的重要实验技术。该方法产生瞬时流型的定量表示,通常用于帮助构建复杂流动的现象学模型和数值模拟验证。PIV分析可广泛用于实验流体力学等多个研究领域。两步处理法,即自相关和互相关,已被用于检查时空流演化,可以实现作为空间分辨率函数的涡度测量和精度估计。PIV的发展与测量流场的复杂性和难度逐渐增加紧密相关。用于测量的PIV技术发展迅速,并呈现出新的趋势,主要体现在立体PIV、断层PIV、大型PIV、微型PIV、3D PIV、行人PIV以及使用高时间/空间分辨率设备。PIV在医学研究、能源燃料、燃烧、流场测量、实时过程监测、结构变形、灌溉、声学、地质学、海洋学、水资源、林业、人群监测和采矿矿物加工等各种研究领域有着广泛的应用。本文对实验室PIV发展进行全面概述,通过在工业过程和日常生活中采用PIV进行实时监控,讨论了PIV如何以精确的时间分辨率和特殊分辨率取代现有的分析成像技术。此外,还综合比较了数值模拟和目前可用的PIV分析技术。

关于粒子图像测速仪精度的数值测试(英文)

利用数值模拟的方法对粒子图像测速仪的精度问题进行了数值实验。速度场是通过对一个片光源上两次曝光的图像进行互相关处理来得到的。为了研究流体运动的不均匀性对于一个诊断区内速度矢量测量结果的影响 ,针对五种典型的不均匀性进行讨论。

应用粒子图像测试技术测量球床多孔介质单相流动的流场

多孔介质在生产生活以及科技发展中的应用十分广泛,随着能源、化工、冶金和原子能等领域技术的发展,以及近代工农业生产技术的进步,大量多孔介质的传热传质问题逐渐出现,进一步促进了多孔介质学科的形成和发展,使其成为当今科学技术中令人瞩目的研究热点之一.通过实验获得准确的实验图像和数据,并使用相应软件对实验所得数据和流体流动图像进行深度分析,这样既有真实可靠的实际数据,又有直观的理论的支持,使对多孔介质的研究更为完善.实验结合粒子图像测试技术和折射率匹配技术对叉排排列玻璃球多孔介质填充床内的流体流动转变过程进行流场测试,并提取数据,采用Tecplot软件对提取数据进行处理,得出流体流动机理的转变过程.实验固相为由直径25 mm水晶玻璃球叉排堆积而成的填充床,液相为65%苯甲醇和35%无水乙醇配制的匹配液.液相与固相的折射率都为1.477,成功消除由于折射率不匹配引起的激光光线偏折.实验得到雷诺数为4.7 ≤Re ≤1000时球床内流场图,对比不同雷诺数时流场和流线变化得出:随着雷诺数的增加,流线变得越来越紊乱;当雷诺数在220以上时,球床内漩涡在尺寸变化上出现突跃,在位置和形态变化表现出随机特征,预示进入了稳定的湍流.

应用粒子图像速度场仪测试圆柱绕流涡的结构(英文)

利用粒子图像速度场仪(PIV)的2帧互相关技术,在风洞中测量雷诺数为500的圆柱绕流.通过展示一个涡的产生、发展及脱落的连续瞬时速度矢量场、流线图、速度量级等势线图和涡量等势线图,分析圆柱后涡系发展及涡量输运规律.

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。

PIV技术在动车组受电弓区域流场测试中的应用

受电弓区域是影响动车组气动阻力和振动噪声的关键部位之一,其流场特性是空气动力学研究的基础。针对该区域的流场研究多以模型试验和数值计算为主,缺乏实车试验数据为其提供数据支撑与对比基础,文中将PIV(Particle Image Velocimetry,粒子图象测速技术)引入受电弓区域流场测试,针对实车上的平面流场信息进行了采集,获得了真实有效的速度及涡量分布情况。

示踪粒子跟随性在离心泵内流场PIV测试研究

选择合适的流场是保证PIV实验精度至关重要的一环,选择示踪粒子的依据是流场。由于固液两相流的理论,人们要重点考虑黏性阻力和旋转因素,分析考虑粒子承受力的情况。在完全准备充足后在BBO方程给出的基础上引入外部的势力,在建立了拉格朗日运动方程后,由此推导出PIV公式。通过利用结果来计算跟随程度,从而得出正确的结论。