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。