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。

超重力下粒子图像测速系统性能测试与评价

粒子图像测速(PIV)技术作为一种无扰、瞬态、全速度场的测量手段,能够测量试验过程中土体的位移场变化、土体的瞬时运动速度等,具有传统的点或线式测量手段不具备的优势,近年来,已被推广应用于岩土工程离心模型试验中。然而,离心超重力的极端环境使PIV系统测速的准确性面临严峻考验。通过自行设计的一套可在超重力下提供稳定速度场的伺服调速标定装置,并以该装置提供的速度场为基准,对一套PIV系统在不同离心加速度、基准速度以及拍摄模式下的测速误差进行了测试和分析。研究结果显示:PIV系统的测速误差主要源自系统自身的时序控制误差,在50g离心加速度内,g值对系统性能的影响有限,常重力下测试结果提出的速度修正式同样适用于超重力工况;PIV系统的测试精度与相机的工作模式相关,连续拍摄时,两幅图像间隔时间越短,测试数据的离散程度越低;双曝光工作模式测试的数据点更为集中,系统精度更高;在像场的不同区域,PIV系统均能保持较小的系统误差和变异系数,能够实现全域测量。本研究为超重力条件下PIV技术的应用提供了可靠的校准方法,也为其他PIV系统的超重力性能测试与评价提供了参考。

基于粒子成像测速(PIV)技术的褶皱冲断构造物理模拟

本文设计完成了三种双滑脱层模型的物理模拟实验,并运用粒子成像测速(PIV,Particle Image Velocimetry)技术计算出实验过程中各阶段模型剖面上的速度场分布,进而对褶皱冲断带的运动学过程和变形机制进行讨论。实验结果表明,双滑脱层模型中,基底滑脱层控制了整体的构造样式,浅部滑脱层决定局部的浅层构造。笔者等将实验结果与龙门山褶皱冲断带南段双滑脱体系构造进行了比较,验证了这一结论。PIV分析显示,逆冲断层的产生经历一个平行层缩短的变形过程。该过程在塑性层上、下具有明显差异,塑性层上的变形传递得更快更远。当缩短进行到一定阶段,断层开始发育,发生初始破裂,断层下盘的变形消失,应变集中在断面上,断层上盘沿断面同步逆冲。

两相流场粒子成像测速技术(PTV-PIV)初探

在单相ＰＴＶ－ＰＩＶ研究基础上，研究液固两相流场粒子成像图像数字测速技术．首次用ＰＴＶ技术得到直槽道中液固两相流场二维瞬时全场两相流速分布．初步探讨了两相ＰＴＶ－ＰＩＶ技术中与单相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速技术的关键不同之处，提出两相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速采样的两相相容性准则．为深入研究两相流场粒子成像测速技术奠定了基础．

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.

内燃机缸内全流场PIV测速系统

本文针对内燃机缸内气流运动研究需要，在国内首次开发研制出一套内燃机缸内全流场ＰＩＶ测速系统。该系统具有全透明的气缸体和活塞，激光器发光孔可３６０°旋转，配以灵活的光路调节装置和拍摄装置。可对内燃机整个工作范围内的缸内流场进行全视野测量。

粒子图像速度场仪(PIV)成像系统开发

开发了一套ＰＩＶ成像系统，设计调试了双脉冲Ｎｄ：ＹＡＧ脉冲激光系统；分析了激光测速中示踪粒子的选择方法，并开发了示踪粒子浮选系统；利用灰度判别法判别粒子图像的运动方向。

乳化空气泡示踪粒子在PIV测速中的应用

把表面活性剂加入水流中形成的乳化空气泡,作为PIV流场显示的示踪粒子,并对套筒间的旋转环流场进行了PIV测量。流场定量实测结果令人满意。这亦表明乳化空气泡是一种品质较高且经济适用的PIV水流示踪粒子。

二维粒子图像测速系统的研制

研制了一套二维粒子图像测速系统 ,该系统采用 CCD对流场中的示踪粒子视频图像进行采集 ,以拓扑映射的新方法完成粒子像对的匹配 ;整个过程无需人工干预 ,处理结果迅速、准确、可靠 ,如每处理一幅图像仅需 5分钟 ,匹配准确度达 95 %以上 ,其结果可给出被测流场的速度分量、速度矢量、等流函数线和等涡线等 .该系统与业已建成的多相分离实验模拟系统相配套 ,可用来对多种设备内流场进行多参数、多工况实验诊断 ,为揭示设备工作机理、优化设备结构等提供了有效手段 .

三维粒子成像测速(PIV)中粒子像斑定位的透视成像原理、方法及其可确定性讨论

在三维粒子成像测速 ( PIV)方面 ,可运用体积光照明同时从不同光轴用多个照相机获得 PIV图像 ,如何根据这些不同光轴获得的 PIV图像确定出粒子物点的空间位置是实现三维粒子成像测速的前提 .基于此 ,本文提出了根据多幅不同光轴的 PIV图像的粒子像斑实现粒子物点三维定位的透视成像定位原理和方法 .精确确定透视平面与透视中心在空间的位置是实现粒子物点三维定位的关键 ,直接测定透视中心 (照相机的光学中心 )和透视平面在空间的精确位置用常规的测量手段和方法难以奏效 ,本文针对透视图像成像特征及规律进行了较为深入的研究探讨 ,这对于寻求精确计测透视中心和透视平面空间位置的方法有着重要意义 .作为实例 ,本文针对两光轴夹角为 90°的情况给出了透视中心和透视平面空间位置的确定方法 ,并通过各透视面上像点所对应的透视射线的交点来确定相应粒子的三维位置而实现粒子物点三维定位的一系列具体算法及定量关系 .考虑到 ,示踪粒子与其像点相应的透视射线相交的交点间一般并不存在一一对应的关系 ,本文提出了像点及其透视射线的交点 (汇点 )的重数概念 ,给出了多幅不同光轴的 PIV图像透视像点相应的透视射线的交点上存在真实物点的必要充分条件 ,圆满解决了粒子物点是否存在意义上的可确定性问题 .?

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。

PIV粒子测速技术在污水排海管道内流研究中的应用(英文)

PIV粒子测速技术与其它测速技术相比,具有实时性和无干扰性的优点。本文以污水海洋排放系统内部海水入侵形成的复杂流动为例,将PIV测速技术应用于管道内部的非恒定密度分层流研究。海水入侵海洋扩散器将会大大降低污水处置效率,尤其是在早期建造的没有海水入侵防护装置的污水海洋处置工程中,这个问题显得尤为突出。本文在实验室里建造了一个简化的污水海洋排放系统模型,采用PIV粒子测速系统对排放管道内的流速场进行测量,在此基础上对排放管道海水入侵过程及其发展机制进行了分析。实验研究结果表明,排污流量是影响排放系统内部流动型式的主要因素,密度分层流交界面的卷吸和紊动掺混是排出入侵海水的主要动力,而且这两种动力在排出海水时所起的作用比重不同,主要取决于排污管道内的污水动量。

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。

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。

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。

流场测试中的粒子成像测速系统

流场测试中粒子成像测速技术的基本原理是利用在流体中的粒了对光的散射作用记录下粒子不同时刻在流场中的位置，从而得到粒子以霜一一时间间隔内的位移，然后利用粒子对流场的跟随性得到粒子所在位置的流场速度。粒子成像测速系统分为实时与非实时两各类型，均由流场可化系统、照明系统、图像录入系统图像处理软件组成，其中流场处理软件系统又包括图像滤波与二值化、粒子像点检测、粒子像点匹配处理和ＰＩＶ图像后处理等４个模块。

PIV测速系统特性及应用趋势

本文介绍了PIV粒子图像测速系统的组成及其工作原理,分析了相关影响因素,总结了常规的系统操作流程。通过分析流场相关研究领域的趋势,对PIV技术将来的应用做了预测,结果表明PIV技术将会为更多流场特性研究提供有力支持。

粒子图像测速系统的实流校准方法研究

针对粒子图像测速系统(PIV)的实流校准问题,开展了粒子图像测速系统的实流校准及不确定度评定方法等研究。介绍了粒子图像测速系统校准的研究背景及必要性;国内外对粒子图像测速系统校准及不确定度评定的研究现状;亚音速段和超音速段的粒子图像测速系统实流校准装置、校准原理及校准方法。对亚音速及超音速条件下利用总静压探针计算气流速度的数学模型进行了介绍,同时对在亚音速和超音速条件下,影响气流速度校准的不确定度来源进行了分析;在超音速条件(速度范围可达700 m/s)下,针对马赫数的计算公式为超越方程,无法求出解析解的问题,提出了迭代的算法,解决了超音速条件下马赫数引入的不确定度分量无法求解问题。最终实现了粒子图像测速系统流场速度测量的有效溯源,从而解决了粒子图像测速系统的实流校准及不确定度评定问题,填补了国内空白,提升了流场测量的准确性和可靠性,满足了武器装备生产和使用过程中对流场的高精度要求,为型号研制提供更好的保障。

管道风流PIV实验中示踪粒子特性

为选择适合巷道风流PIV实验的示踪粒子,以6种不同物理属性的固体微粒为实验粒子,利用PIV系统采集管道突扩模型下隅角附近的粒子图像.用粒子图像的曝光度、信噪比及处理后得到的矢量、流线图来反映粒子的光学和动力学特性.研究结果表明：粒径是影响示踪粒子跟随性、散射性、均匀性和信噪比的主导因素;粒径越小,粒子跟随效果越好而散射性和信噪比越差;当测试区域较大时,示踪粒子适宜的粒径范围为0.2-2μm,可选择光扩散剂或二氧化硅;当对流场细节要求较高时,可选择粒径0.2μm以下的祭祀燃香烟雾粒子.