基于水模拟回风流场的PIV测试粒子跟随性研究

根据相似理论,选择某大空间建筑,以1∶15的缩尺比例搭建液态水模型实验台,研究实际大空间下送中回分层空调建筑中部回风汇流流场特性。选取粒径10~100μm聚苯乙烯示踪粒子,以盐水溶液为流体介质,分析计算其示踪模型回风汇流区域速度不均匀流场的准确性。结果表明:当粒子与流体的密度比σ1.0时,粒子粒径越小,速度幅值比η越小,数值越接近1,示踪粒子跟随性越好;当粒子与流体的密度比σ1.0时,获得的流场信息越能真实地反映实际流场特性。利用粒子图像测速技术PIV获得模型回风汇流区域流场速度矢量信息及其流线图。实验结果表明:在实验特定条件下,规定的汇流区域内示踪粒子几乎不受沉降速度Ug影响且延迟速度Us较小,说明粒子跟随性较好。     

基于简易PIV的圆柱绕流压力场重构

采用简易粒子成像测速仪(PIV)装置测量入口流速为14.3 cm/s时圆柱绕流的速度场,运用有限容积法和直接积分法重构压力场。对比Fluent模拟速度场结果,分析简易PIV的速度场测量误差;对比Fluent模拟压力场结果,分析基于Fluent模拟速度场以及PIV实测速度场的不同算法重构压力场误差。结果表明:在简易PIV系统中,摄像机采用适合的空间分辨率与时间分辨率能有效减小速度场测量误差。基于Fluent模拟速度场数据,当给定第一边界条件时,有限容积法的压力场重构误差小于直接积分法,均方根误差分别为1.73%,8.99%;基于PIV实测速度场,有限容积法的压力场重构误差大于直接积分法,均方根误差分别为26.58%,12.72%;降低速度场误差与获取准确的边界条件均能有效提高压力场重构精度。通过采用低成本的PIV装置,探究获取流体的瞬态压力场重构方法,降低了PIV中重构压力场的成本。     

明渠均匀流简易粒子图像测速技术浅析

粒子图像测速系统PIV是一种近年兴起并发展迅速的非接触式流体测量方式,通过测量示踪粒子在很短时间间隔内的位移来间接地测量流场的速度分布,具有高精度、多点位和瞬时态等优点,但其需要高功率激光片光来定位速度剖面和照亮示踪粒子,高昂的价格和维修费用使得人们需要找到一种非激光照明式PIV作为替代。结合明渠均匀流的断面流速测量特点及工作原理,使用LED光照亮示踪粒子,并运用摄影原理窄束景深得到清晰的速度矢量场图形。经过分析发现,测量结果与理论公式所得值吻合良好,说明该技术在均匀流流态中具有较高精确性和实用性。     

PIV 适用于两相流稀相微粒速度场测量的算法探讨

用PIV(Particle Image Velocimetry)技术测量两相流中稀相微粒速度场时，稀相微粒起着示踪粒子的作用，其浓度低，粒子图像离散性强，需要发展跟踪单个粒子图像的算法才能确定粒子的速度矢量。本文介绍了基于BICC(Binary Image Cross-Correlation algorithm)算法的PIV粒子图像跟踪技术。用数值模拟的方法对几个典型的粒子图像场进行了粒子对的识别，并且对该算法模式中粒子对数、粒子半径等问题作了讨论。最后用所述方法对直管道中玻璃球-空气两相流50微米玻璃球粒子图像进行了实例分析，结果令人满意。     

PIV技术在冰盖下复式断面渠道流速测量中的运用

在测定冰盖下复式断面流场、流速的模型试验中,水体中的运动粒子是重点研究对象。粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术已在水力学研究领域得到普遍应用,但该技术在冰盖下复式断面渠道模型试验的应用为国内首次。基于试验特点,设计砖砌混凝土的循环水箱,采用变频器配合水泵、流量计实现对流量的定量控制,对不同流量下不同断面的流场、流速进行测定,采用PIV技术对水体中运动的粒子的位移场进行具体分析。试验结果表明,PIV分析结果能够直观反映流场中的状态,且可以避免测量盲区,其所测的流速与多普勒超声测速仪测得值吻合较好,并给出了横向流速分布图,弥补了传统方法无法获得冰盖下的流场分布的难题。     

粒子图像测速技术在河工模型试验中的应用

近年来计算机图像处理技术有了很大的发展，已在许多生产、科研领域中得到广泛应用，粒子图像测速系统是该技术在河工模型表面流场测量中的应用，它将芯片技术、计算机技术、图像技术和数字信号技术等结合在一起，利用流体中跟随性较好的示踪粒子的成像来测量流体的速度，能实现对模型表面流场的实时采集、处理，最后生成流场矢量分布图，具有测量速度快、精度高、范围广的优点，该系统在南水北调中线穿黄河段河工模型流场测量中取得     

应用PIV技术测试浑水水力分离清水装置的清水流场流动特性

利用粒子图像测速(Partic le im age veloc im etry,简记PIV)技术,测试了不同工况下浑水水力分离清水装置的清水水流流动特性,给出了该装置内水流流速矢量分布、流场流线、速度分量应变率分布和流场涡量分布图.并据此分析了浑水水力分离清水装置内部清水水流流动特性.     

一种改进的粒子图像测速混合算法研究

粒子图像测速技术作为一种新的流场测速方法能够在不干扰流场的情况下获得整个流场的速度信息。粒子图像测速技术最关键的步骤在于粒子匹配。针对粒子密度分布不均匀、流场不同等实际情况,提出了混合算法,即结合互相关和松弛算法能够更准确地搜索粒子,进而对粒子进行匹配。对3种匹配算法的匹配概率进行比较分析,发现混合算法能更准确地分析粒子的运动状态,减少错误矢量的产生;另外,对松弛算法进行改进,通过优化筛选加权因子发现改进的松弛算法在运行速度上相比原始算法有了较大提高,匹配率与原始算法基本一致。     

DPIV系统在河工模型试验中的应用研究

河工模型有同其它模型不同的特点，给流场的测量带来一定的困难，而DPIV系统是一种适合于河工模型的快速的流场测量方法。本文根据河工模型流场测量的特点建立了一套DPIV系统，可以对近平方米区域内的流体表面流场进行快速测量。并且根据河工模型中示踪粒子分布的特点，提出了DPIV速度计算的改进算法，提高了速度计算的效率，达到了对河工模型流场的实时测量和记录的要求。     

应用PIV研究带自由表面的后向台阶流流动特性

利用粒子图像测速(PIV)技术,对Re在450~4490之间的16种工况下的二维后向台阶定常流动的流场进行观测,并与文献资料的结果和数值模拟的结果进行比较,得到在此Re范围内的台阶后再附着长度Xr随Re变化的规律,以及台阶后流速分布和水面线位置等特性,对实验过程中所出现的粒子跟随性问题和存在自由表面的问题进行了讨论。     

粒子测速系统在潮汐河口河工模型试验中的应用

在潮汐河口河工模型试验中采用粒子测速(PIV／PTV)系统测量流场，具有快速、精度高的优点，开发的PIV／PTV系统数据处理分析软件，可实现模型试验中流场的可视化。     

河工模型试验中的DPIV技术及其应用

粒子图像测速是一种快速全流声测量方法。本文根据河工模型试验的特点建立了一套多ＣＣＤ的ＤＰＩＶ测量系统，在自然光照明的条件下对河工模型近千平方米区域内流体的表面流场进行了快速测量；根据河工模型中粒子分布的特点，对ＰＩＶ常用的速度撮算法（互相关和二次傅立叶变换）进行了改进，提高了速度提取的效率，在一定的分辨率前提下达到了对河工模型表面流场实时测量和记录的要求，测量误差较小。     

The inception cavitating flows over an axisymmetric body with a blunt head-form

The inception cavitating flows around a blunt body are studied based on flow visualizations and velocity field measurements. The main purpose of the present work is to study the incipient cavity evolution and the interplay between the inception cavitation and the local turbulent flows. A high-speed video camera is used to visualize the cavitating flow structures, and the particle image velocimetry(PIV) technique is used to measure the velocity field, the vorticity, and the Reynolds stresses under non-cavitating and inception cavitating flow conditions. It is found that the appearance of visible cavities is preceded by the formation of a cluster of micro-bubbles not attached to the body surface and in a hairpin-shaped vortex structure. During its evolution, the cavity moves downstream with a lower speed. The effect of the incipient cavity is significant on the local vortical structures but slight on the timeaveraged velocity distribution. The mean Reynolds stress distributions in the turbulent shear flow can be substantially altered by the incipient cavities. The presence of the incipient cavities can lead to the production of turbulent fluctuations.     

曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟

气液两相流广泛存在于水利工程、废水处理等领域,其在气液装置中的流型流态及速度场分布可直接影响装置运行效能。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对圆柱形气液装置进行PIV实验,获得了准确的气液两相流气相速度场分布;在充分考虑湍流、曳力、升力、湍流分散力等作用下,采用欧拉-欧拉双流体模型和气泡群平衡模型对气液两相流流场进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行验证,所得结果误差控制在10%左右。结果表明,本文提出的模拟方法在气液两相流模拟中能够得到较准确的两相流动规律和速度场分布情况。     

采用乳化空气泡做示踪粒子的PIV测速技术

本文介绍一种适用于水洞力学实验的采用乳化空气泡作为示踪粒子的ＰＩＶ测速技术。选用乳化空气泡做ＰＩＶ测速示踪粒子，取代了通常采用的固体颗粒，由两台ＹＡＧ大功率脉冲式激光光源组合系统做为ＰＩＶ底片记录的双脉冲曝光光源。乳化空气泡的最大优点是对实验水洞或水槽无污染，且产生方便、经济，又可以形成高质量的杨氏条纹图像。这一技术能够使得ＰＩＶ测速技术在水洞力学应用测量中真正达到实用。     

稀疏气泡流动的粒子跟踪测速技术研究

采用动态阈值技术实现了对气泡图像的正确分割，利用灰度加权方法提高了气泡颗粒的定位精度。根据稀疏气泡流动图像的特点，提出了一种新的基于相关的粒子跟踪测速算法（2-HPTV）。通过进行两时刻中围绕待研究气泡所取的两个小的诊断窗口的相关运算，成功实现了气泡颗粒的轨迹追踪。实验表明本文算法较传统的PIV技术在测速精度上有很大程度的提高，与4帧粒子跟踪测速算法相比，降低了对摄像机帧频的要求，具有较强的实用性。     

基于PIV测量技术的变曝气量下气液两相流速度场研究

粒子图像测速技术(PIV)作为一种无扰的全流场速度测量手段,在多相流研究领域具有较高的学术意义和实用价值。本研究针对曝气过程中的复杂气液两相流动,使用高速摄影机获取气液两相流流场的高帧图像,再通过图像预处理手段及PIV测速算法得到气液两相流速度场信息,并对不同工况下气液两相流的流态流速规律进行了研究分析。本文提出的图像预处理方案,通过采用图像的运动目标分割、降噪与反相等手段进行图像预处理,可以有效地减少后续速度场计算中的信息量及误差。研究结果为工业生产过程中有效提高曝气效率提供了重要的参考依据。     

AN IMPROVED PTV SYSTEM FOR LARGE-SCALE PHYSICAL RIVER MODEL

To measure the surface flow in a physical river model, an improved system of Large-Scale Particle Tracking Velocimetry （LSPTV） was proposed and the elements of the PTV system were described. Usually the tracer particles of a PTV system seeded on water surface tend to form conglomerates due to surface tension of water. In addition, they can not float on water surface when water flow is shallow. Ellipsoid particles were used to avoid the above problems. Another important issue is particle recognition. In order to eliminate the influence of noise, particles were recognized by the processing of multi-frame images. The kernel of the improved PTV system is the algorithm for particle tracking. A new 3-frame PTV algorithm was developed. The performance of this algorithm was compared with the conventional 4-frame PTV algorithm and 2-frame PTV algorithm by means of computer simulation using synthetically generated images. The results show that the new 3-frame PTV algorithm can recover more velocity vectors and have lower relative error. In addition, in order to attain the whole flow field from individual flow fields, the method of stitching individual flow fields by obvious marks was worked out. Then the improved PTV system was applied to the measurement of surface flow field in Model Yellow River and shows good performance.