Density and temperature reconstruction of a flame-induced distorted flow field based on background-oriented schlieren(BOS) technique

An experimental system based on the background-oriented schlieren（BOS） technique is built to reconstruct the density and temperature distribution of a flame-induced distorted flow field which has a density gradient. The cross-correlation algorithm with sub-pixel accuracy is introduced and used to calculate the background-element displacement of a disturbed image and a fourth-order difference scheme is also developed to solve the Poisson equation. An experiment for a disturbed flow field caused by a burning candle is performed to validate the built BOS system and the results indicate that density and temperature distribution of the disturbed flow field can be reconstructed accurately. A notable conclusion is that in order to make the reconstructed results have a satisfactory accuracy, the inquiry step length should be less than the size of the interrogation window.

基于探针的声爆测量风洞试验技术研究

风洞试验是开展声爆研究必不可少的技术手段,而从复杂的风洞试验环境中准确获取具有弱信号属性的声爆信号是风洞试验技术的关键。为研究暂冲式跨超声速风洞试验环境对声爆信号测量的影响,依托小型暂冲式跨超声速风洞,研制以干扰最小化针状探针为测量设备的试验装置,建立探针、模型独立运动的双运动试验系统,发展基于探针的声爆测量技术。以典型锥柱体模型为研究对象,对比了探针固定、模型移动和模型固定、探针移动2种试验方式所获完整声爆信号的差异,研究了锥柱体模型声爆传播规律和风洞背景流场对声爆测量的影响。结果表明:模型固定、探针移动和探针固定、模型移动2种试验方式相比,前者将引起声爆信号畸变,导致较为严重的声爆信号失真,后者得到的声爆信号曲线更为光滑准确,是相对更可靠的试验方式;风洞背景流场分布对声爆信号测量影响显著,声爆测量风洞试验须详细掌握风洞背景流场分布并尽可能保持其稳定,再在此基础上对模型、探针在风洞中的位置及模型与探针的相对位置进行严格选取。

气浮除油过程中流场特性仿真模拟研究

针对萃取冶金溶气气浮除油过程中澄清效率低、后续处理工序长的问题,利用雷诺平均NavierStokes湍流数值模拟方法及κ-ω湍流模型,并结合国内某大型企业气浮除油生产设备的具体工艺参数,分析溶气气浮槽内的流场特性。研究结果表明:1)当鼓气量不变,进液量为45~55 m^(3)/h时,流体呈较理想流动状态,有利于气浮除油;而当进液量为较低值(40 m^(3)/h)或较高值(60 m^(3)/h)时,气相则会集中在壁面,不利于气浮除油;2)当进液量不变,鼓气量增加时,壁面液相速度和气相体积分数增加,气相分布集中在壁面,不利于气浮除油;3)较低位置的液/气相入口和较低的隔板不利于气浮除油。

四川广(安)—渝(重庆)高速公路华蓥山隧道岩溶突水的研究与整治

比较系统地介绍了华蓥山特长双线公路隧道岩溶突水的地质背景、岩溶分布规律、岩溶水的渗流场以及岩溶突水的补给源,为水害的整治提供了依据。

一种基于背景配准的光流场算法

研究了在摄像机动态的条件下,前后两帧图像间移动距离对光流法计算精度的影响。光流算法计算精度随着帧间中心位置偏移距离的增大而降低。针对此特点,提出了一种基于背景配准的光流计算方法。该方法使用背景配准计算帧间的近似偏移量,并以此近似偏移量为基础,进一步计算细节部分的相对偏移量。这种处理策略有助于为光流算法提供理想的工作区间并提高其计算精度;近似偏移量与细节光流场相叠加以合成最终的光流场。实验表明具有背景配准步骤的光流检测法较其他传统的光流算法相比,在精度方面具有较为明显的优越性。

地面剧烈旋转运动背景中运动目标检测

针对地面背景剧烈旋转运动下运动目标难以检测的问题,提出基于彩色光流计算与运动补偿的运动目标检测算法。首先利用金字塔分层计算、Lucas局部运动一致性,提出一种改进的彩色金字塔Lucas光流算法,以获得背景剧烈旋转运动下的准确可靠的图像光流场;然后基于光流场估计背景运动透视模型参数,重构图像纯背景运动矢量场,对图像进行背景运动补偿;最后通过差分二值化图像与形态学处理检测出运动目标。实验结果表明算法能够有效地改善光流计算效果,光流场局部方向一致性平均误差为0.29°,局部矢量模值一致性平均误差为0.25pix,该算法能在地面剧烈旋转运动背景中准确地检测出运动目标。

基于改进差分和光流的新型运动目标检测方法

针对运动目标检测中的空洞和虚假目标的问题,提出一种改进差分和改进光流的运动目标检测方法.该方法首先对连续的七帧图像依次进行预处理、差分、灰度变换和二值化处理,并将前、后三帧二值图像分别累加得到的二值图像进行逻辑与运算,得到中间帧中运动目标的粗略区域;其次将中间帧与背景帧差分,并对得到的图像进行边缘提取和二值化处理,然后对其进行像素的算术运算,得到中间帧中运动目标的精确区域;在基础上通过改进的光流法得到运动目标的准确信息;最后通过阈值分割和形态学处理完成对目标的分割.对比实验表明,该方法能实现运动目标的准确快速检测与分割.

基于BOS技术的密度场测量研究

背景纹影技术是一种基于图像的大视场、非接触的定量流场测试技术,在流场测量中有着广阔的应用前景。详细介绍了背景纹影技术的基本原理,并从理论上对系统灵敏度以及空间分辨率进行了深入分析。根据背景纹影技术原理,深入设计了背景斑点图案,搭建了密度场测量系统,基于火焰流场和喷流流场开展了定量测量研究,并给出了流场密度和温度分布测量结果。结果表明,背景纹影技术可以便捷、有效地实现流场密度测量和温度测量,为实现大视场定量的流场密度测量提供了一种简洁有效的方法。

基于光流场分割的伪装色运动目标检测

为了解决伪装色运动目标难以检测的问题,通过分析动态背景下具有伪装色运动目标的运动变化规律,提出一种基于光流场分割的运动目标检测方法;在具有伪装活动目标且背景动态变化的视频中采用稠密光流算法计算出视频序列的运动光流场,根据运动目标与背景运动方式的差别对运动光流场进行分析,利用K-均值算法完成运动目标与背景的分割,获取运动目标区域。实验结果表明,在摄像头固定情况下,该方法能在变化的背景中有效检测出伪装色运动目标。

喷流压比对高超声速流场调制传递函数的影响

设计搭建了基于高超声速(Ma=6.0)炮风洞的气动光学地面试验平台,试验对象为带冷却喷流装置的光学头罩模型.利用高速摄像机并结合背景纹影技术获取了喷流压比为0、04、1.0、1.16和1.8五种状态下的光线偏折信息,结合几何光学传递函数理论获取了对应状态下流场的调制传递函数.试验结果表明,喷流压比增大使得流向和展向的调制传递函数包络面积减小,较大喷流压比下流向调制传递函数在2~4 lp/mm区间出现波动现象.

高精度背景纹影流场探测系统研究

背景纹影技术通过比较光线经过流场前后的偏折量获取流场信息,在流场测量中优势显著。本文开展了背景纹影技术中位移检测算法和波前重构算法的精度测试,在合适的背景和算法参数下,Farneback光流算法的位移提取精度可达1/400个像元;波前重构中,反对称偏导积分法速度较快但是精度较低,可适用于实时处理,Guass-Seidl迭代法的速度较慢但是精度较高,可用于后处理。在此基础上,搭建了一套高精度背景纹影流场探测系统,并以实验室内酒精灯燃烧时产生的温压场和外场炮筒引爆时产生的声压场为初步观测对象,成功实现了不同环境条件下流场的定性显示和定量测量。

背景风速对上游有阻挡建筑的街谷环境的影响

通过数值模拟针对街谷上游存在阻挡建筑时,研究了不同背景风速下,街谷内速度场和污染物浓度场的变化特征。结果表明,街谷内风速和湍流强度的增加幅度小于背景风速的增大幅度,但背景风速的变化对街谷内的气流流态和分布规律几乎没有影响。在风速和湍流强度的双重影响下,污染物浓度的减小幅度大于风速增加的幅度。因此对于目前的城市街谷来说,可以根据风速的不同对城市交通管理做出相应的调整。

污垢对汽液两相流换热特性的数值研究

利用三维计算流体力学软件对燃料棒棒束通道内有污垢沉积的结构进行了汽液相变数值模拟研究。建立了四分之一通道的简化模型,研究了污垢导热率对相变换热特性的影响,得到了相同污垢厚度,不同污垢导热率下通道的含气率曲线和壁温分布,并采用壁面局部努塞数分析了通道的换热性能。研究结果表明,在污垢覆盖段,污垢厚度最大值为1.55mm时导致壁面最高温度值比污垢厚度为0.45mm的壁面温度升高约120K,污垢导热率减小会大幅度降低换热性能。

基于快速滚动更新的无缝隙定量降水预报模型

针对中小尺度天气系统极易导致突发性短时强降水而难以定量化预报的问题,提出了一种基于快速滚动更新的无缝隙定量降水预报模型。模型基于改进光流法技术实现临近(0~2 h)定量降水预报,基于GRAPES-3 km实时频率匹配订正技术构建短时(2~12 h)定量降水预报,基于最优背景场生成技术形成短中期(12~240 h)定量降水预报;依据3种预报时效定量降水预报技术的技巧差异,结合实时预报检验评估,提出了基于经验权重函数的不同预报时效之间的预报融合技术,并根据最新降水实况逐1 h调整预报,构建了0~240 h快速滚动更新的无缝隙定量降水预报模型。选取2018年5—10月24 h定量降水预报进行检验,并与传统定时预报对比,结果表明该模型24 h降水预报准确率高于传统定时预报,特别是对中小尺度天气系统突发性短时强降水预报时空精度明显提高,有利于中小河流洪水预报与灾害防控。

基于背景纹影技术的三维瞬态密度场重建

气动流场中气流流态的实时显示与关键参数测量是研究空气动力流动机理、验证飞行器气动布局的关键手段。纹影法是高超声速气动试验中进行流动显示研究的标准方法,具有非接触、测量动态范围大和对环境稳定性要求低的优点。背景纹影(BOS)技术是一种新型纹影技术,具有装置结构简单、视场范围大等优点。将其与CT技术相结合,从多角度获得待测流场的投影信息即可重建得到待测流场的三维分布。本文针对BOS投影是沿待测流场折射率梯度累加的特点,提出了基于局部基函数的三维CT-BOS投影模型。在此基础上,针对气动流场CT试验中的空间布局有限,而不同相机投影角度间隔大的特点,提出了基于旋转标定板的多相机标定方法,从而获得多相机的位姿参数,进而获得CT-BOS重建所需的投影矩阵。最后,本文以热气流为试验对象,进行了三维瞬态密度场的重建,经过将三维重建结果重新投影回各相机成像平面,对比重投影偏移量与计算偏移量,验证了本文的方法。通过本文研究,为气动流场的三维瞬态测量提供了一种可行的技术手段。