镜像互换法在PIV近壁测量中的应用

较强的速度梯度大大限制了粒子图像测速技术(PIV)在近壁区域的测量精度。随着图像变形重采样技术的发展与推广,多重网格迭代变形算法(WIDIM)以及Interface-PIV的提出显著改善了这一问题,但其测量精度仍有进一步提高的空间。针对这一问题,本文发展了一种粒子图像预处理方法——镜像互换法,通过构造以壁面为基础的反对称流场,既能满足流场无滑移边界条件,同时又可维持正确的近壁面法向速度梯度,从而可以进一步提高无滑移壁面附近的速度测量精度与空间分辨率。与其他同类方法的对比结果表明,该方法大大降低了近壁速度的测量误差以及该区域的速度不确定度,并在压气机叶栅测量中得到了应用。

从现代实验技术的发展和数据处理方法的应用到科学发现

本文介绍了近年来北京大学团队开发实验流体力学新技术和数据处理方法,以及如何利用国际上新的实验技术和数据处理方法来研究复杂流动现象。基于这些技术和方法发现新的科学现象和原理:利用改进的氢气泡技术发现了孤立波拟序结构(SCS)在转捩/湍流边界层中对湍流发生起决定性作用,利用拉格朗日追踪法对不同形式的转捩边界层和湍流边界层的实验和数值结果进行分析证实SCS是普适结构;近壁粒子图像测速(PIV)技术的发展解决了旋转叶片测量的世界难题。对龙洗现象、大迎角旋成体非对称效应等长期未解决重大科学问题给予合理而简捷的解释;结合近壁PIV测量和瑞利散射流动显示技术,在高超声速流动中揭示转捩的非线性作用机制,发现气动加热的新原理,并基于该原理建立了新的热防护准则;六自由度测量技术解析了圆盘下落的模态转换相关的动力学过程,发现zigzag-spiral-zigzag现象并发现此与不同分离形式相对应。