障碍物位置对室内空气流场影响的2D-PIV实验研究
PIV技术在实验室模拟冰下流场测试中的应用的开题报告
PIV技术在实验室模拟冰下流场测试中的应用的开题报告开题报告：PIV技术在实验室模拟冰下流场测试中的应用研究背景冰下流场测试是研究水下物体运动和水动力学特性的重要手段。
这一领域的研究对于冰上和水下结构物，如冰船、水下管道和海底巨型结构物的设计与维护具有重要意义。
然而，实地测试存在成本高、时间长、安全难以保证等问题，因此实验室模拟冰下流场测试已成为进行水动力学仿真研究的重要途径。
粒子图像测速（PIV）技术是实验测量流速场的一种有效手段，其优点在于非侵入式，高精度、高分辨率和无标记等。
研究目标本文旨在研究在实验室模拟冰下流场测试中应用PIV技术，用于测量水下流场的速度场分布。
研究内容本文首先介绍冰下流场测试的研究意义，并对PIV技术的原理及其应用进行详细阐述。
然后，通过构建冰下流场试验系统，包括实验装置、样品制备和实验条件等，对PIV技术在实验室模拟冰下流场测试中的应用进行实验验证。
最后，通过对实验结果的分析和研究，获得水下流场的速度场分布，从而实现对水下物体的测量与分析。
研究方法1. 实验室模拟冰下流场试验系统的搭建：搭建冰下流场试验系统，建立实验条件，包括实验装置、样品制备和实验参数等。
2. PIV技术的应用：采用PIV技术测量水下流场的速度场分布。
3. 实验结果分析和研究：对实验结果进行分析和研究，得出水下流场的速度场分布。
研究意义本研究将针对实验室模拟冰下流场测试中的PIV技术应用进行深入研究，探索PIV技术在冰下流场测试中的测量方法和数据处理方法，有望为水下物体的测量和分析提供更加可靠、高精度的技术手段。
计划进度1.第一阶段 (3月)：研究资料收集、文献阅读和理论总结。
2.第二阶段 (4-6月)：冰下流场实验室的搭建和实验配置，包括实验装置、样品制备、实验条件等。
3.第三阶段 (7-9月)：对实验采集的PIV图像进行处理和分析，尝试提取水下流场速度分布。
4.第四阶段 (10-12月)：根据实验结果和分析，撰写研究论文。
气固同轴射流流场特性PIV实验与CFD模拟
气固同轴射流流场特性PIV实验与CFD模拟巴忠仁;李俊国;冯荣涛;赵建涛;房倚天【摘要】以粒子图像流场测量(PIV)与计算流体力学(CFD)数值模拟相结合的方法,对气相和气固两相同轴射流流场特性进行了研究,探究了射流速度比、喷嘴直径、射流空间直径和射流出口直径对回流量和回流区域的影响规律.结果表明:射流区和壁面之间存在沿轴向延伸至整个射流长度的回流区域,中等Stokes数颗粒会随回流气体改变运动轨迹,聚集在低涡量高应变的回流涡点;射流速度比、喷嘴直径和射流空间直径对回流量影响显著,实验工况下的最大回流量是射流量的10.29倍;当射流充分发展后,射流出口直径对回流量没有影响.通过气固两相同轴射流流场特性的研究,为进一步阐明气固耦合的颗粒弥散机理提供了理论指导.【期刊名称】《化学反应工程与工艺》【年(卷),期】2018(034)004【总页数】10页(P307-316)【关键词】粒子图像测速;气固同轴射流;回流量;回流区域【作者】巴忠仁;李俊国;冯荣涛;赵建涛;房倚天【作者单位】中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院大学北京100039;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院大学北京100039;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001;中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001【正文语种】中文【中图分类】TQ051.1气固两相同轴射流是指气体和固体颗粒分别从同心圆形的孔口或喷嘴射入同一种或另一种流体的流动。
由于其在物料混合和热质传递等方面的优势[1]，在各种工业生产和能源转化等领域得到广泛应用[2,3]。
预测并控制射流流场结构对相关工业设备的设计、操作与优化具有重要的意义。
Rehab等[4]最早采用激光诱导荧光（LIF）技术对单相同轴射流近场流场结构进行了可视化研究，发现当外通道与内通道射流速度比大于1时，外部射流控制着近场的流动结构；初始混合区和过渡区内存在内射流核心区、外射流核心区、内混合区和外混合区；速度比是影响同轴射流流场结构的重要参数。
PIV技术在超及高超声速流场测量中的研究进展
PIV技术在超及高超声速流场测量中的研究进展徐惊雷【摘要】The special requirement for the measurement of the supersonic fiowfield is analysized, and the major difficult and the corresponding solution about using the art PIV technique in the measurement of the super/hypersonic flowfield is concluded. The analysis is mainly focused on the major requirement on the trace particle, the characteristics of the particle and the different method to put it in the flowfield. Finally the recent development of the PIV measurement of the super/hypersonic flowfield is introduced and summarized, mainly focused on the PIV measurement of the hypersonic shock wave/boundary layer interactions in the hypersonic flow and the PIV measurement of the internal flowfield of the key components of the scramjet propulsion system. The result provided the useful information for the relative researchers.%本文分析了超声速流场对测量技术的特殊要求，归纳了目前将粒子影像测速仪（particleimageve．locimetry，PIV）技术应用于超声速流场的测量时所面临的主要技术难点以及主要的解决方法，分析了超声速流场中所用PIV粒子的主要要求、粒子特性、投放方法等，介绍了PIV技术在超声速、高超声速流场测量中最新的国内外进展，特别是给出了国内外关于高超声速流场中激波／附面层的相互干扰，以及高超声速飞行器超燃冲压发动机主要部件内流场的PIV试验研究的最新进展．【期刊名称】《力学进展》【年(卷),期】2012(042)001【总页数】10页(P81-90)【关键词】PIV;超声速;高超声速;示踪粒子;激波／附面层干扰【作者】徐惊雷【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016【正文语种】中文【中图分类】V411.41 引言粒子影像测速仪 (particle image velocimetry,PIV)技术是在流场显示技术的基础上,利用先进的图像处理技术发展起来的一种最新的流动测量技术.它综合了单点测量和流动显示技术的优点,既具有高精度和高分辨率,又能够获得平面流场显示的整体结构和瞬态以及平均图像.PIV技术最先在 20世纪 80年代中期用作固体材料的应力测量,但由于它能够在不干扰流场的情况下,获得整个瞬时以及时均的速度场,并且可以进一步得到涡量场等参数,很快便在流场测量中获得了应用.随着照相技术和计算机技术的不断发展,现在已经成为流场测量的主要手段之一.目前常规PIV测试系统的空间分辨率已经达到毫米级以下,若通过提高图像采集和处理的精度,其空间分辨率还可以更高(如果采用Micro-PIV系统,则空间分辨率还要高,通常情况下可以达到10µm量级).下面仅就常规PIV系统在一般实际超声速流动测量当中的应用,进行介绍与分析.2 超声速流场对测量技术的特殊要求由于 PIV测量清晰度高,测速范围宽 (如目前国内典型的PIV系统,其理论上的测速范围在0.01∼1200 m/s),足以满足绝大多数流场研究的需要,特别是它能够在基本不干扰流场的情况下,获得整个瞬时以及时均的定量结果,这一特性在超声速、高超声速等流动中具有很大的吸引力.以超声速燃烧冲压发动机进、排气系统为例,其流动本质是高度非均匀、非定常的复杂的三维流动问题,流场中存在流动参数变化梯度很大的激波、滑流面、分离剪切层,涉及了大量关于激波/激波、激波/膨胀波、激波/附面层相互作用,以及由此造成的附面层分离、大尺度分离涡和回流区等复杂现象,如图1∼图4所示[1-4].面对这样复杂的流场,传统的流场测量方法就有了一些局限性:壁面压力测量只能得到壁面附近离散点上的压力值,不能获得整个流动区域内的速度分布,而且受实验费用和复杂性的限制,实际测点分布不可能太密,壁面上压力测量的空间分辨率不高；采用Pitot管测流场,探头的引入势必会影响原有流场,而且由于事先无法确定气流方向,造成Pitot管不能对准气流.这对一个高度非均匀、非定常、复杂三维流场而言,显然无法满足要求.如果采用总压耙,虽然可以多点同时测量,但不同Pitot管之间有相互影响,总压耙对流场的干扰也将进一步加大,每个位置上测量点个数也不能太多,而且无法对准气流的问题依然存在；纹影照片虽然可以给我们提供一个完整、清晰的全流场印象,但它主要提供定性结果,不能定量描述速度场,特别是在带回流涡和分离区的气流密度变化梯度不大的区域内,纹影测量的效果会进一步下降等等. 因此,超声速流场中特有的激波等现象对于测量技术而言是一个很大的挑战:气流经过激波时在很短的距离内速度急剧减小,同时由于气流的压缩性和高空低雷诺数的影响,附面层和剪切层也会比较厚,导致激波/附面层的干扰问题更加突出,流场结构复杂.高速气流的可压缩性还会导致PIV测量过程中的另外两个难题:示踪粒子的浓度在测量区域内变化很大,即在高压低速区粒子密集,而在低压高速区粒子分布相对稀少,使得流场测量、试验数据处理与分析的难度大大增加；而且流场中的光的折射率是各向异性的,从而导致光学测量中光线传播的失真[5].因此在超声速流场中进行PIV测量,是目前国际上热点的研究内容之一.关于PIV的测量原理、系统组成、早期的应用情况,该技术的权威Adrian已经做了详细的综述[6].在20世纪90年代中期,PIV开始用于可压缩流场的测量.下面只针对PIV在高速可压缩流中的应用进行讨论.图1 进气道+隔离段子午面马赫数等值线[1]图2 进气道+隔离段水平面上压力等值线[2]图3 NASA Ames研究中心非对称喷管纹影图[3]图4 高超声速进气道纹影图[4]3 超声速流场中PIV测量的技术难点及相关进展高速可压流场的速度测量是一个流场测量技术上的极大挑战,因为“相比亚声速流动而言,它有范围更宽的流动时间尺度和长度尺度——通常要宽一个数量级”[7].与流体可压缩性相关的激波等现象,决定了流场当中的最小长度尺度接近分子平均自由程.而PIV这类通过添加粒子来测速的技术,因为流速高、粒子在测量流场当中的驻留时间很短,因此常常还要受到有限测量时间的制约.研究表明:当粒子跨过激波时,由于惯性作用,它随波后气流速度下降的速度是时间的指数函数[8],不可能做到完全跟随,而粒子的滑移速度也会在激波后达到最大值,如果不采用特殊的处理手段,这时候测出的激波会弥散,测量误差也会达到最大.此外,跨激波不仅有很大的速度梯度,而且还有可压缩性造成的很大的粒子浓度差,这时粒子的影像记录与图像处理就很困难,测量精度也会大受影响.因此,“在可压流中,粒子对紊流等高频脉动量有迟滞响应,在大的速度梯度后跟随性有迟滞,这成为PIV在高速可压流测量中的主要误差来源”[9-10].另外,尽管目前所使用的Nd:Yag激光脉冲时间很短(一般情况下小于10 ns),理论上讲可将粒子瞬时影像记录下来,但在实际测量当中,激光的脉冲时间间隔更主要地是受影像采集和数据传输的最短时间的限制(以前大约只有1µs[7],现在有所改善,如可以到0.3µs),再加上高速气流流过有限通流长度的时间限制,如典型的超声速燃烧冲压发动机燃烧室内气流驻留的时间大约在 1 ms,因此这个问题会更难处理.而且,目前主流的PIV技术是基于跨帧记录两幅粒子影像,再做互相关处理的方法,因此影像中必须有足够多的粒子,一般要求每个查问区内的粒子个数不少于15个[6],这样就使空间分辨率受到限制.因此如何提高跨激波的空间分辨率,是PIV成功应用于超声速流、高超声速流的关键技术之一,对此文献 [11-13]已做了有益的探索.其中文献[13]提出的基于“非各向同性查问窗”的自适应分辨率查问技术,在高速可压流场测量中尤其具有吸引力,因为跨激波和黏性剪切层时,速度脉动变化是强烈的各向异性,此时粒子的影像位移在激光的脉冲时间间隔内,在不同的方向上差异是很大的. 2003年,文献[7]利用这种技术成功测量了来流M∞=6(V∞=1740 m/s)的高超声速气流绕圆球的流场(图5)和楔—板组合体在来流M∞=2的可压缩流场(图6).其中前者是当时所测流速和马赫数最高的PIV测量结果.实验的高压气罐为10 m3,驱动气压50 MPa,被驱动气压0.5 MPa,产生历时1∼2 ms的M∞=6的气流.示踪粒子采用直径300 nm的铝粉,用流化床给粉器将粒子加入.采用双Nd:Yag脉冲激光器,脉冲功率140 mJ,片光宽300 mm,采用1024×1280像素的CCD,查问区为32×32,所得结果见 (图 7).楔—板组合体PIV测量在M∞=2的下吹式风洞中进行,主要研究了具有大梯度的可压缩分离剪切层.粒子采用氧化钛粉,用10 MPa的旋风分离器产生,并用二维的粒子添加耙投放,含粒子的流动区域截面积为60 mm×30 mm,粒子平均浓度为10/mm3,实测的分离剪切层的厚度为2 mm左右,所得结果见(图8).该文所做的工作,很有借鉴意义.图5 M6气流绕圆球的PIV影像图6 M2气流绕楔–板组合体的纹影图7 M6气流绕圆球的PIV测量结果图8 M2气流绕楔–板组合体的PIV速度示踪粒子的特性及其投放问题是所有PIV实验研究中的关键问题,文献[14]对示踪粒子做了全面、深入、细致的研究.一般对PIV中所用粒子的主要要求是:粒子要有高的光散射性(信噪比)和好的气动跟随性,然而这两个要求常常是互相矛盾的,实际使用时常常要折衷处理.由于PIV是整场测量,因此即使采用高性能激光器,经过激光片分散后,单个粒子上得到的激光能量密度也会降低,通常低于一般的激光多普勒测速仪 (LDV),因此对高信噪比的要求是不利的.而且,为了获得流场中足够多的细节,PIV要求的粒子浓度也比LDV高,这使得在超声速、高超声速流场中一些诸如激波、强剪切层、大尺度涡区等典型的流动结构中应用PIV得到好的测量结果是比较困难的,因为如何在这些复杂的流动结构中有效地进行示踪粒子的投放本身就是一个很棘手、很关键的问题.此外,希望PIV粒子的大小合适、分布均匀,以消除大粒子过强的信号和小粒子产生的背景噪声等对最终测量结果的不利影响.一般情况下,不可压流的 PIV测量中,示踪粒子的尺寸为1∼10µm,它满足“要小于最小的湍流涡尺寸”的基本要求,所需激光功率也相对较小,但在可压流当中,由于气流以及粒子的运动速度更高、惯性越大,从而对粒子跟随性的要求更高,因此粒子直径还要再小,从而要求使用更高的激光脉冲能量(一般要求≥100 mJ).另外,虽然铝粉、钛粉等直径较小,折射率较高,但它们在气流中的分散性不好,特别是在粒子浓度较高、较干燥时,容易由于静电作用而积聚(研究表明该积聚效应与小粒子的浓度的平方有关[14]),从而造成不均匀、不稳定的粒子流,并且影响最终的实验结果.此外,文献 [14]中介绍了用于产生 100∼1 000 nm铝粉粒子的发生器,讨论了球形粒子阻力的计算方法,给出了不同大小、不同种类粒子在紊流中的频率响应特性,介绍了已经在流体中使用过的粒子及其特性,并且对比了液体、固体示踪粒子的优缺点,讨论了采用凝结法、雾化法生成液体粒子和直接从固体粉末产生固体粒子的技术途径和优缺点,因此是PIV粒子讨论的经典文献.对于超声速气流的PIV测量而言,最关键的技术还是粒子的撒播与控制技术,其主要的问题在于示踪粒子在高速气流中形成各向异性的非均匀分布,一般而言,其产生的原因在于以下几点:(1)在测试段上游,粒子本身的撒播是非均匀的,特别是对那些在线投放的、混合很差的粒子而言影响更大,而超声速流场中大多数采用在线投放的方法;(2)激波、膨胀波等造成气体的密度发生剧烈的变化,以及常常伴随产生的黏性剪切层也会对示踪粒子的分布带来很大的不利影响;(3)对于那些常见的旋流区域,如涡、分离区、附面层等,粒子往往会被高速甩出,从而造成分布的不均匀.文献 [9]专门研究了球形粒子在超声气流中的运动,回顾了各种估算球形粒子所受流动阻力的理论,并将其中的 Cunningham方法加以推广,提出了一种可以综合考虑稀薄气体效应、气体可压缩性、流动Re数(以粒子直径和粒子与气体之间速度差为特征长度和特征速度的Re数)的影响的、估算球形粒子阻力系数CD的统一关系式,该式可在所有努森斯数(Kn)范围、Re≤200的范围内适用,并与斜激波的实验结果做了对比,符合很好.关于PIV技术在超声速燃烧冲压发动机流场中的应用,目前也有一些很有价值的研究结果.代表性的如:文献[15]用PIV测量了相当于飞行马赫数Ma=5的双模态超声速燃烧冲压发动机中燃烧室内的氢气/空气的超声速流场,进口Ma=2,进口总温1200 K,所用粒子为铝粉,直径300 nm.测量得到了燃料喷注楔面下游的掺混尾迹流和燃烧尾迹流的速度场,讨论了粒子投放、图像提取、数据处理、实验数据可信度等问题,并将结果与CFD做了对比. 测量所用的片光宽 12 mm,厚0.8 mm,脉冲时间10 ns,脉冲间隔100 ns,激光功率100 mJ,并对所得的图像进行了特殊的过滤处理以获得更好的实验结果.通过估算速度测量的不确定度、空间精度、非均匀粒子等各种因素的影响,最后得到的总实验误差大约为6%.此外,文献[16]用PIV测量了下吹式风洞中高超声速尖劈绕流流场,来流M∞=6,速度V∞=930 m/s,总温519 K,总压6.9 MPa,尖劈为15°楔角,粒子采用铝粉,通过流化床给粉器添加.文献[17]用PIV测量激波风洞,最大M∞=4.5,最大V∞=1500 m/s,总温1300 K,总压25 MPa,风洞工作时间1∼2 ms,粒子采用氧化钛粉,直径320 nm,脉冲间隔1.5µs,粒子迟滞时间2.1µs,通过流化床添加粒子,并用旋风分离器减少粒子积团现象,保证平均每个查问区有10∼20个粒子.测量视场200 mm×200 mm,测量结果的标准偏差约为1%.以上研究充分表明:PIV测量技术完全可以应用于高速可压缩流动中.需要注意的是,PIV的最终测量精度不仅与粒子的光散射性、跟随性、粒子在空间的分布浓度与均匀程度、激光器和光学系统的性能等有关,还与这些粒子影像的处理方式有关.文献[18]对前人采用迭代法来组合使用互相关法和三点Gauss峰值装配法的图像处理方法进行了分析,指出虽然这类方法可将测量精度提高到 0.04像素量级,但它要求至少采用32×32像素以上的大查问区,导致了在取得高精度时并不能保证高的空间分辨率的问题.然后提出了一种新的基于梯度法的技术,用梯度法取代三点Gauss峰值装配法来计算亚像素(sub-pixel)中的位移,从而使得在13×13或更小的查问区内得到了0.01像素的精度,达到了高精度与高分辨率的统一.文献[19]用PIV测量了超声速燃烧冲压发动机模型的燃烧室内两种氢气喷嘴产生的不同流场,空气马赫数为2,气流速度最高1112 m/s,粒子为氧化钛、氧化铝、硅胶等.其中硅胶的光散射性好,性能稳定,“粒子在空气和氢气的Stokes数分别为0.011和0.068,远远小于0.25的保证跟随性的最低要求”[19].文献[19]中还给出了相应的粒子投放系统,如图9所示.图9 典型的PIV粒子投放系统[19]为了应对宽流场范围中 PIV测量的需求和困难,文献 [20]用 PIV测量了M∞ =2,最大V∞=500 m/s的下吹式风洞中上游脉冲射流对于圆柱绕流所形成的激波—附面层相互作用的影响,测量中并列使用了3个3M像素的CCD,因此总的测量区域扩大到68.4 mm×22.8 mm,采用Nd:Yag激光器,功率30 mJ,粒子采用氧化钛粉,用二级流化床和旋风分离器提供粒子,并在储气罐上游通道中由压缩氮气带入,3个脉冲延迟发生器用以控制同步器和各部件.由测量结果知:连续的射流注入使附面层分离激波的平均位置推迟了1/3圆柱直径,使间歇区尺寸减小20%,脉冲射流的效果与此类似,而且射流取消后,整个流场并不恢复到先前无脉冲射流的情况.但是,当粒子非常小时,还需要注意布朗运动对其最终测量结果的影响.文献 [21]恰恰就是利用布朗运动—分子热运动—气体温度三者之间的内在关系,用PIV测量了流体的温度.所用胶体粒子直径0.7µm,当温度变化范围达到25°时,测量精度达到3°.此外,文献[22]用PIV进行了湍流场测量,用模型谱函数(model spectrum function)给出了从物理分析中得到的必须满足的空间分辨率,并与热线风速仪的测量结果做了对比.文献[23]用 PIV测量流动加速度,这对获取更多流动信息、精确求解壁面上的压力载荷都是有益的探索.文献 [24]用2D自由涡流模型模拟了重粒子的轨迹,表明即使粒子直径较小,也会因离心力而不能很好地跟随,例如,1µm的粒子在1 s时间内才会从涡心消失,当然粒子越小该影响也就越小.作为最新的进展,文献[25]采用PIV研究了湍流附面层与激波的相互作用,而文献[26-27]则进一步研究了高超声速情况下的湍流附面层与激波的相互作用,特别是文献[27],通过在壁面附近采用分辨率自适应的查问窗技术,使得壁面法向的空间分辨率增大,获得了湍流附面层与激波相互作用流场清晰的结果,如图10所示.图10 湍流附面层与激波的相互作用的PIV结果文献[28]研究了来流马赫数7的二维双楔组合体产生的复杂流场,其应用背景包括高超声速进气道、从轨道返回大气层的飞行器等,具有典型的激波/激波、激波/附面层相互作用的现象,而这些会在壁面附近导致很高的局部热流和压力,从而影响控制面上的气动性能和飞行器的结构完整性.与纹影照片的对比分析表明:二者均可捕捉到激波的结构,不过囿于单个PIV曝光中的动态范围的限制,PIV对较弱的激波分辨不清,但是经过再附点和准正激波的速度场的变化却只有PIV能捕捉到[28].PIV 和CFD计算结果的对比分析表明:尽管在激波结构和激波后的速度分布方面二者符合得很好,但是在分离区的大小及其与外流之间的相互作用方面,二者还存在着一定的差异,如图11所示.不久前又有两篇相关的重要文献发表.其中,文献[29]针对超声速燃烧冲压发动机中燃烧室热态流场的PIV测量问题,专门设计了两套独特的流化床粒子添加装置,用来给燃料和空气加入示踪粒子,并且用试验进行了验证.利用电子显微镜扫描所采集的粒子样品,对示踪粒子进行了定量的测量,证实了空气中的示踪粒子比燃油中的粒子有更好的示踪效果.文献[30]在马赫数5来流条件下,针对进气道/隔离段的模型在高背压条件下不起动的动态过程进行了PIV测量,再现了在不起动过程中,不起动激波系在试验通道中逐渐向上游传播并且引起附面层分离的过程,给出了一个“强烈依赖于黏性效应的复杂的三维结构”.典型结果如图12所示.这些都表明:PIV作为超声速流场测量的有力武器,正在得到越来越广泛和深入的研究.图11 Ma=7的二维双楔组合体流场的PIV、纹影照片与CFD结果对比图12 在不起动过程5 ms时的流场4 国内应用PIV技术的研究进展国内近年来,主要对于不可压缩、跨声速、低超声速流场进行了PIV测量技术的研究,特别是在亚声速流动中,取得了一系列的成果.文献[31]主要对超音速冲击射流做了较为细致的 PIV实验、计算研究和噪声场的测量,获得了在不同的冲击工况下,呈轴对称和螺旋结构的冲击射流流场结构.文献 [32]运用 PIV研究了非定常自由来流下三角翼前缘涡瞬时结构的变化,得出了前缘集中涡的破裂点位置的移动规律.文献[33]利用高分辨率、高帧率PIV系统对平板湍流边界层中相干结构的多种空间尺度和边界层内 SL标度律在不同尺度下的具体表达形式进行了实验研究.文献[34]对旋流煤粉火焰在两种分级进风的情况下用PIV测量了燃烧室内的速度分布,研究了湍流拟序结构对旋流火焰的燃烧特性及一氧化氮排放的影响.文献[35]对出口马赫数1.6的自由喷流及喷流中放置尖劈的两种超音速流动进行了测量.文献[36]分析低速大尺寸压气机试验台转子近叶尖区域的立体PIV测量结果,发现在设计状态流场中的损失主要源于叶尖泄漏涡,而在近失速状态则主要源于叶尖泄漏涡和角区旋涡.申功炘和魏润杰等[37]用PIV成功进行了多种流体力学实验,如:1.5马赫超音速喷流,三角翼前缘涡破裂复杂流场测量,大型工程水洞流场校准,绕摆动圆柱卡门涡测量,锥阀管道模型和漩涡分离器内流场测量等.文献[38]在马赫数为3.8超声速风洞中,采用PIV技术测量了超声速光学头罩流场的速度分布.实验结果表明,示踪粒子在超声速流场中有很好的跟随性,采用的高精度速度场算法能够很好地反映超声速光学头罩流场的速度分布.文献[39]采用PIV测量了方腔通道内气体液雾两相交叉横向流的掺混,比较了3种喷嘴布置角度在不同气流速度下的掺混效果.文献[40]从图像前处理、区域离散、匹配原则、搜索方法和变形预测等方面总结了当时国内外互相关算法的发展过程.文献[41]通过摇滚/PIV/压力同步测量实验,对翼身组合体前体涡诱导的双极限环摇滚过程中流动特性及演化规律进行了系统的研究,并分析了前体涡诱导翼—身组合体双极限环摇滚的流动机理.作者所在课题组从2003∼2006年,针对超声速冲击射流进行了详细的实验研究,获得了喷管出口中心线M∞=1.754(V∞=473 m/s)、M∞=1.831(V∞=500 m/s)和M∞=3(V∞=621.3 m/s)的过膨胀冲击射流复杂流场的完整的流动图谱和精细的流场结构[42],并研究了不同冲击高度、不同的射流出口马赫数等因素对整个射流场的影响,如图12∼图15所示.2007∼2008年,针对高超声速推进系统中的非对称大膨胀比喷管(SERN)在过膨胀状态下的出口流场进行了初步的PIV实验研究[43],获得了这种流动中特有的内羽流激波、附面层的分离激波、附面层分离区、激波相交与干涉等现象,如图16所示.2009年6月,针对带模型进气道的、超声速燃烧冲压发动机等直隔离段内的流场进行了PIV实验研究[44],不仅获得了隔离段内激波串在流动方向上的大尺度的前后非定常脉动现象的PIV实验数据,而且发现了在几个较高的背压条件下,随机的、大幅度的“激波切换”现象,实验与相应的非定常计算数值模拟结果吻合.典型结果如图17所示.图13 Ma=1.83高度1.5D时滞止泡内回流涡结构图14 Ma=1.83高度2D时射流轴线及两侧速度分布图15 Ma=1.831高度为5D时的激波结构图16 Ma=3高度为4D时的平均流场图17图18 反压0.7大气压(5.14倍反压)流场速度矢量图综上所述,PIV作为一种新型的流场测量技术,在超声速、高超声速流动问题中具有广阔的应用前景,经过十余年的研究和摸索,积累了丰富的研究经验,测量方法、仪器设备、数据处理与分析等各方面都有了长足的进步.相信这一利器将在未来的科研和工作中发挥更大的作用.参考文献1 徐惊雷,张堃元.唇口对侧压式高超声速进气道及等直隔离段影响的数值分析.航空动力学报,2004,19(6):806-8102 徐惊雷,张堃元.马赫数对侧压式高超音速进气道及等直隔离段三维内流场的影响的数值分析.航空动力学报,2004,17(4):489-4943 Deere K A.An experimental and computational investigation of a translating throat single expansion ramp nozzle.AIAA-96-25404 张堃元.国家XXX计划XXXX进气道技术2002～2003年度研究报告.2003.176-185。
piv原理
piv原理PIV原理（Particle Image Velocimetry）是一种用于测量流体中速度分布的非侵入式光学测量方法。
它通过在流体中注入或产生一些可追踪的颗粒，利用高速摄像机记录颗粒在不同时间间隔内的运动轨迹，从而得到流体中各点的速度信息。
PIV原理的基本步骤包括：颗粒标记、图像采集、图像处理和速度计算。
首先，在流体中加入适当大小的颗粒，这些颗粒可以是液滴、烟尘、气泡等，它们需要具有足够的散射性和可追踪性。
然后使用高速摄像机拍摄流场图像，通常需要两张或多张图像。
接下来，对采集到的图像进行处理，如图像配准、噪声去除、亮度均匀化等，以提高测量的准确性。
最后，通过计算图像中颗粒的位移，可以得到流体中各点的速度分布。
PIV原理的核心在于通过测量颗粒在图像中的位移来推导出流体的速度。
在图像处理过程中，常用的方法有互相关法、全局法和局部法等。
互相关法是最常用的方法，它通过比较两幅图像中的亮度分布，找出最佳匹配的位移，从而得到颗粒的位移。
全局法则是将整幅图像分成小块，通过比较块与块之间的亮度来得到位移场，进而计算出速度场。
局部法则是在某一位置处选取一个小区域，然后在这个区域内进行亮度分布的匹配，得到该位置的速度信息。
PIV原理具有以下优势：首先，它是一种非侵入式的测量方法，不需要直接接触流体，避免了传统测量方法可能引入的扰动。
其次，PIV可以在整个流场范围内同时测量大量的速度数据，从而得到更全面的流动信息。
此外，PIV可以实时测量流场的变化，对于研究流体动力学和流体力学问题具有重要意义。
然而，PIV原理也存在一些限制和挑战。
首先，颗粒的运动轨迹需要清晰可见，因此在某些流体中，如气泡、烟雾等流场中，颗粒的可追踪性较差，从而影响了测量结果的准确性。
此外，流场中的颗粒分布不均匀，也会对测量结果造成一定的影响。
另外，由于图像处理的复杂性，PIV的计算量较大，需要使用高性能计算机进行处理。
此外，对于高速流动或较小尺度的流场，PIV的测量精度也会受到一定限制。
风力机流场PIV试验研究
２．１①３．２ｍ风洞 低速空气动力研究所的①３．２ｍ风洞是一座开闭口两用的回流式风洞，试验段截面为直径３．２ｍ
的圆形，试验段长度５ｍ。试验采用开口试验段避免洞壁干扰，气流偏角ｌＡａｌ、ＩＡｌ３１＿＜ｏ．５０，轴向静压 梯度０．００４３ｍ’１。该风洞流场品质满足ＧＪＢｌ １７９．１９９１《高速风洞与低速风洞流场品质规范》的规定， 满足风力机ＰＩＶ试验的要求。 ２．２风力机模型
试验的风力机模型为ＮＲＥＬ风力机（该风力机的风轮直径１０ｍ，２片线性尖削、非线性扭转分 布的叶片，采用￥８０９翼型，风轮转速７２ｒｐｍ，输出功率２０ｋＷ）的１／８缩比简化设计模型，风轮直 径为１．２５ｍ。风轮系统的桨毂和叶片均根据原有模型直接进行缩比。为简化设计起见，在设计中将 桨毂的跷跷板连接形式改为刚性连接形式，并且取消了桨距角伺服电机控制系统，改为州定桨距角。 其余平台、传动系统、发电机、整流罩、回转体、尾舵、支撑系统等均由低速空气动力研究所自行 设计制造。
在舶尾迹站位角范围可达６００．叶尖涡的存在时间约Ｏ．１５ｓ，到视场边缘才趋于消敢（闰３）。 ２）尖速比较低时，容易出现叶尖涡。尖速比约０，３时，叶失涡昂明显：尖速比超过Ｉ时，基本
观测不到明显的叶尖涡存在。 ３）相同尖速比下，风力机有偏航角时，叶尖涡相对略弱。 ４）叶尖涡顺流运动到支轩处立即破碎消失（图４）。
风轮转速通过可调电阻型负载调二１了’转速范围３０＂－＇６００ｒｐｍ。 ２．３ ＰｌＶ系统
试验采用了二维ＰＩＶ系统。Ｖｌｉｔｅ－－５００激光器使用两台脉冲激光器经过光束合束器通过一个光 路出口并且空间上严格重合地发射出来，经过导光臂和片光源系统，产生照明流场的脉冲激光片光 源。数字相机通过外部触发捕捉两帧图像，同时将捕捉到的一系列图像数据通过图像采集板实时地 传输到计算机内存中。触发信号由同步控制器提供，从而保持与脉冲激光器的完全同步。
piv测速原理
piv测速原理Piv测速原理。
PIV（Particle Image Velocimetry）是一种流体力学实验技术，用于测量流体中的速度场。
它通过在流体中注入颗粒或在流场中存在颗粒的情况下，利用高速摄像机拍摄颗粒图像，进而获取流场速度信息。
PIV技术在流体动力学、空气动力学、生物力学等领域广泛应用，成为研究流体运动的重要手段之一。
PIV测速原理的基本思想是利用颗粒在流场中的运动来推导流体的速度场。
首先，在流体中加入颗粒示踪剂，这些颗粒要足够小，以至于它们的质量对流体的运动不会产生显著影响。
然后，利用激光或者其他光源照射流场，使颗粒产生光斑，再利用高速摄像机拍摄颗粒图像。
最后，通过对连续两帧图像进行处理，可以得到颗粒的位移，从而计算出流场的速度分布。
PIV测速原理的关键在于对颗粒图像的处理和分析。
首先，需要对拍摄到的颗粒图像进行预处理，包括去噪、增强对比度等操作，以便更准确地提取颗粒的位置信息。
接着，利用相关算法或者其他图像处理方法，对两帧图像进行匹配，得到颗粒的位移矢量。
最后，通过位移矢量的计算，可以得到流场中各点的速度信息。
PIV测速原理的优势在于可以在短时间内获取大范围流场的速度信息，且不需要干涉流场，对流体运动不会产生影响。
同时，由于可以获取流场中每个点的速度信息，因此可以对流体运动进行全面的分析和研究。
此外，PIV技术还可以应用于多相流、湍流等复杂流动情况下的速度场测量，具有广泛的适用性。
然而，PIV测速原理也存在一些局限性。
首先，颗粒图像的处理和分析需要较为复杂的算法和技术，对于图像质量和颗粒分布有一定要求；其次，颗粒图像的拍摄需要高速摄像机和高功率激光等设备，成本较高；最后，对于流体中速度梯度较大的情况，PIV技术可能会出现测量误差。
总的来说，PIV测速原理是一种重要的流体力学实验技术，通过对颗粒图像的处理和分析，可以获取流场的速度信息。
它在流体力学研究、流体工程、空气动力学等领域具有广泛的应用前景，对于理解流体运动规律、优化流体设备等具有重要意义。
流体力学的实验方法PIVLDV和烟雾粒子像法等技术
流体力学的实验方法PIVLDV和烟雾粒子像法等技术流体力学的实验方法PIV、LDV和烟雾粒子像法等技术流体力学是研究流体力学基本方程及其变化规律的一门学科。
为了深入研究流体的运动特性，科学家们发展了多种实验方法，其中包括PIV（Particle Image Velocimetry）、LDV（Laser Doppler Velocimetry）和烟雾粒子像法等技术。
这些实验方法广泛应用于流体力学实验研究中，为我们提供了丰富的流体运动信息和研究工具。
本文将重点介绍PIV、LDV和烟雾粒子像法等流体力学实验方法的原理和应用。
一、PIV技术PIV（Particle Image Velocimetry）是一种通过拍摄流体中悬浮颗粒的运动图像来测量流速的实验方法。
PIV技术的原理是在流体中加入少量的细小固体颗粒，利用激光照射并通过高速相机捕捉两幅连续图像，然后通过图像处理软件对颗粒的运动轨迹进行分析，进而得到流速矢量场。
PIV技术具有测量范围广、非侵入性、高时间精度等优点，可广泛应用于水动力学、气动力学等领域的流体力学研究。
例如，科学家可以利用PIV技术来研究水流对船体的作用力分布，进而优化船体设计，提高船舶的运动性能。
二、LDV技术LDV（Laser Doppler Velocimetry）是一种通过激光多普勒效应来测量流体速度的实验方法。
在LDV技术中，激光束照射到流体中，激光与流体中运动的颗粒发生多普勒频移，在探测器中观察到频移信号的变化，从而推断速度信息。
LDV技术具有高精度、高分辨率的特点，可广泛用于激波、涡旋、边界层等复杂流场的测量。
例如，科学家可以利用LDV技术来研究风洞模型周围的流场结构，进而分析气动性能和气动噪声。
三、烟雾粒子像法烟雾粒子像法是一种通过观察流体中悬浮颗粒的运动来分析流动性质的实验方法。
烟雾粒子像法在实验中使用烟雾或其他粒子来追踪流体的运动。
研究人员通过观察颗粒在流场中的运动情况，可以得到流速分布的信息。
Savonius型风力机非定常流动的CFD和PIV研究
Savonius型风力机非定常流动的CFD和PIV研究摘要：本文旨在介绍Savonius（萨沃纽斯）型垂直轴风力发电机流场的研究。
这种风力机结构紧凑，可当做多级能源使用。
它的转子高度大约相等于转子直径，因此，风力发电机组的流动模拟需要三维模型。
由于其操作原则和叶片气流角的连续变化，可以观察到强烈不稳定影响造成的分离和涡脱落的现象。
在这种情况下，用K-ω和DES湍流模型可以得到良好的实验效果。
在本次工作中，我们采用CFD研究Savonius型风力机在不同流场条件下的行为，并确定其性能和尾迹的演变。
流场分析能帮助我们判别风力机设计的好坏。
为了验证模拟的准确性，在风洞中进行PIV试验研究，它可以确定真实的流场结构并验证数值模拟的精度。
1.介绍风力机通常被分为两种类型：水平轴和垂直轴。
这样分类与转轴相对风的位置有关。
因此，Savonius型风力机和Darrieus,Gyromill,H-rotor等等风力机一样归类为垂直轴风机。
Savonius型风力机以拥有此专利的芬兰工程师Savonius命名。
转子的基本版本是个S形横截面，这个S形横截面由两个半圆形与它们之间的一小部分重叠的叶片组成。
Savonius型转子被列为拖动式垂直轴风力机，其操作原理主要是基于凸叶片和凹叶片之间的阻力差。
然而，转子的不同角位置以及升力也能产生扭矩。
文献3是Savonius型风力机优点的综述，这种风力机设计简单稳健，可支持高风速，在低风速下也具有良好的启动特性和操作性。
它不需要定向装置，能在任何风向下工作。
这种风力机比转速低，不幸的是它的功率系数比较低。
关于Savonius型转子的试验和数值研究已经很多很多。
文献1,4,5,6,7是关于风洞中的试验。
在文献8,9,10,11中，为了获得转子内部以及周围的速度场，很多作者使用粒子成像技术或者粒子跟踪测速法。
除了试验，文献1,12,13,14还展示了许多数值研究。
Savonius型转子的气动性能和机械强度使得这种风力机能作为一个小型自主电源的一部分。
简述二维piv测量方法的原理
简述二维piv测量方法的原理
二维PIV (Particle Image Velocimetry) 测量方法是一种流体力学实验技术，用于测量流体中的流速。
它基于两个主要原理：图像处理和粒子追踪。
在二维PIV测量中，首先会在被测流体中注入微小颗粒（如烟雾粒子或荧光颗粒），这些颗粒在流体中具有与流体相同的运动特性。
然后，通过使用激光或闪光灯等光源照亮流体中的颗粒，形成立体图像。
图像处理是二维PIV方法的核心。
通过捕捉流体中颗粒的两个连续图像，通过图像处理软件将这些图像分成小的像素，并对每个像素进行亮度分析。
这些亮度值可以表示颗粒的位置。
一旦获得了两个连续图像的位置信息，就可以通过比较两个图像之间颗粒的位移来计算流体中每个位置的流速。
通常采用相关分析方法来进行位移和速度的计算。
粒子追踪是图像处理的一部分，用于跟踪颗粒在连续图像中的位置变化。
通过在连续图像中的相邻位置查找具有相似亮度特征的像素，可以追踪颗粒的运动轨迹。
最终，通过将颗粒的位移转换为速度矢量场，可以获得流体中各个位置的速度分布情况。
这种方法可以提供高时间和空间分辨率的流速测量结果，以获得流体中的细节信息。
基于粒子图像测速技术(PIV)的砂箱物理模拟实验研究
基于粒子图像测速技术(PIV)的砂箱物理模拟实验研究【摘要】本研究基于粒子图像测速技术(PIV)，通过砂箱物理模拟实验研究了流场的特性。
在实验中，我们设计了相应的实验装置并设定了合适的实验条件，通过对实验结果进行分析并采用适当的数据处理方法，得出了详细的模拟结果并进行了对比。
研究背景提出了该领域的研究现状，研究目的明确了本研究的目标，研究意义探讨了该研究对相关领域的推动作用。
最后结论部分总结了本研究的成果，并展望了未来的研究方向，同时总结了本研究的创新点。
通过本研究，我们深入探讨了流场特性，并为相关领域的研究提供了有益的参考。
【关键词】粒子图像测速技术(PIV)、砂箱物理模拟实验、实验装置、实验条件、实验结果、数据处理、模拟结果、研究背景、研究目的、研究意义、研究总结、未来展望、创新点1. 引言1.1 研究背景粒子图像测速技术(PIV)是一种用于测量流体运动速度场的先进技术，通过跟踪流体中的微小颗粒运动轨迹，可以获取流场中各点的速度信息。
在流体力学研究中，PIV技术已被广泛运用于风洞实验、水动力学模拟、气体动力学研究等领域。
对于颗粒流体混合的复杂情况，如砂土流动等，PIV技术的应用尚处于探索阶段。
砂土是一种典型的颗粒流体，其运动特性受多种因素影响，包括颗粒间的相互作用、外界环境的影响等。
通过结合PIV技术，我们可以实时监测砂土流体的速度场分布，并进一步分析砂土流动的规律和特性。
这对于增强对砂土运动机理的理解，提高土壤工程建模的准确性具有重要意义。
本研究旨在利用PIV技术对砂土流动进行实验模拟研究，探索砂土颗粒在流动过程中的运动规律，为土壤工程领域提供新的研究思路和技术支持。
通过这项研究，我们有望揭示砂土颗粒流动的内部机制，为工程实践提供更加科学和可靠的依据。
1.2 研究目的。
本实验旨在利用基于粒子图像测速技术(PIV)的方法，对砂箱物理模拟实验进行研究，以探究不同条件下砂土颗粒运动规律和流体-颗粒相互作用机理。
PIV实验技术报告
PIV实验技术报告摘要：本文介绍了PIV（粒子图像测速）实验技术的原理、仪器设备、实验过程和数据处理方法。
通过PIV实验，可以精确地测量流体介质中的速度分布，并对流场的运动特性进行分析和研究。
实验结果表明，PIV技术是一种高精度、高分辨率的流场测量方法，对于流体力学研究和工程应用具有重要意义。
1.引言粒子图像测速(PIV)是一种用于测量流体介质中速度场分布的非接触式测量方法。
它通过在流场中添加颗粒或通过实验液体中的已有颗粒来测量流场中颗粒的运动轨迹，并利用计算算法来获得流场中的速度矢量场。
本文主要介绍PIV技术的原理、仪器设备、实验过程和数据处理方法。
2.原理PIV实验的基本原理是通过拍摄两幅连续时间间隔极短的图像，再通过计算机处理这两幅图像来获得流场速度分布。
实验中，通过成像装置将流场中的颗粒的二维图像记录下来，并通过图像处理软件对这些图像进行处理，得到颗粒运动的位移信息。
根据颗粒在两幅图像中的位置变化以及两幅图像之间的时间间隔，可以计算出流场中颗粒的平均速度。
3.仪器设备PIV实验所需的主要仪器设备有：激光器、摄像机、成像装置、实验容器和图像处理软件。
激光器用于提供激光光源，摄像机用于捕捉流场中颗粒的图像，成像装置用于将颗粒的图像传送给摄像机进行记录，实验容器用于容纳流体介质，图像处理软件用于对图像进行处理和分析。
4.实验过程PIV实验的基本步骤包括：实验准备、实验装置安装、调试系统、进行实验和数据处理。
实验前需要根据具体情况选择合适的颗粒，并进行流动性能测试以确定实验参数。
然后需要根据实验要求进行装置安装和调试，确保实验装置的稳定性和准确性。
实验过程中，通过激光照射流体中的颗粒，并通过摄像机记录颗粒的图像。
最后，通过图像处理软件对图像进行处理和分析，得到流场的速度分布数据。
5.数据处理方法PIV实验得到的数据需要经过一系列处理方法来提取有用的流场信息。
数据处理方法包括：图像预处理、图像匹配、自相关分析、位移矢量计算和速度矢量分析。
不同主流速度下障碍涡脱落冷流实验研究
不同主流速度下障碍涡脱落冷流实验研究甘晓松;何国强;杨尚荣;岳赟【摘要】采用冷流试验系统研究了不同主流速度对压强振荡的影响,并通过在流场中加入示踪粒子,且运用连续片光流动显示技术和高速数字摄像技术获得了试验器中流场的旋涡运动情况.实验结果表明,随着主流速度的增加,旋涡脱落的频率相应升高.同时,对比压强测试结果与高速摄影结果,发现当旋涡脱落的频率接近实验器声场的某一阶固有频率时,就可能引起压强振荡,且两者频率的差值越小,压强振荡的振幅就越大.%A cold flow experimental system was built to study the influence of mean flow velocities on pressure oscillation. By putting trace particles into the flow field, its vortex movement in tester was obtained with continuous laser sheet displaying of flow and high speed digital camera. Hie results show that vortex shedding frequency rises with the increasing of mean flow velocity. By comparing the pressure oscillation data and the high speed visualization image sequence, it can be concluded that when the vortex shedding frequency is close to the frequency of one of resonant acoustic modes of the experimental facility, pressure oscillation occurs. The closer the two frequencies are, the higher the amplitude is.【期刊名称】《固体火箭技术》【年(卷),期】2011(034)004【总页数】5页(P426-430)【关键词】声涡耦合;障碍涡脱落;冷流实验【作者】甘晓松;何国强;杨尚荣;岳赟【作者单位】西北工业大学燃烧、热结构与内流场重点实验室,西安710072;西北工业大学燃烧、热结构与内流场重点实验室,西安710072;西北工业大学燃烧、热结构与内流场重点实验室,西安710072;西北工业大学燃烧、热结构与内流场重点实验室,西安710072【正文语种】中文【中图分类】V448.150 引言现代固体发动机尽管采用了含铝复合固体推进剂，但大长径比固体火箭发动机仍然受到燃烧不稳定的困扰。
基于PIV的自由下落平板实验研究
基于PIV的自由下落平板实验研究周琪【摘要】Particle image velocimetry (PIV) is an optical method of flow visualization.It is used to obtain instantaneous velocity measurements and related properties in fluids.Freely falling plates is one of the most interesting flow mechanics problems.It was found that the diverse motions of the plates exhibit a systematic dependence on three non-dimensional parameters,i.e.the thickness-to-width ratio,the dimensionless moment of inertia and the Reynolds number.At present,due to lack of corresponding algorithm,computed fluid dynamics can't accurately simulate the motions of freely falling plates.As a result,PIV technique is the main method to investigate the motions of plates.%粒子图像测速法(PIV)是流场模拟的光学测量方法,主要用来获得在流体中的瞬时流场值和相关量.自由下落平板是最有趣的流体力学问题之一,平板不同的运动状态取决于3个无量纲参数,即平板横截面厚度-宽度之比,雷诺数和无量纲的转动惯量.目前,由于缺乏响应的算法,计算流体力学无法准确的模拟自由下落平板的运动,因而利用PIV技术来研究平板的运动状态,成为目前主要的研究手段.【期刊名称】《微型电脑应用》【年(卷),期】2013(029)003【总页数】3页(P11-13)【关键词】粒子图像测速法;平板;运动状态;计算流体力学【作者】周琪【作者单位】上海交通大学航空航天学院,上海,200240【正文语种】中文【中图分类】TP3110 引言PIV（Particle Image Velocimetry）又称粒子图像测速法，是在上世纪70年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。
北京航空航天大学五系流体力学实验PIV实验报告
研究生《流体力学实验》——粒子成像测速（PIV）技术实验报告班级姓名实验日期3月23日指导教师北京航空航天大学流体力学研究所一、实验目的1. 利用粒子成像测速技术测量二维流场速度分布。
2. 利用matlab 中FFT 实行互相关运算记录流场速度分布。
二、基本原理粒子成像测速技术（Particle Image Velocimetry ）是一种全流场测速技术，可测得流场中某一截面上的瞬时二维速度矢量分布，体视PIV 可获取三维速度分量。
三、实验步骤1 .实验流程如下图2 .系统构成：粒子及投放装置；双脉冲激光器；图像记录设备；信息处理系统 ①光源系统：激光器+片光系统=激光片光要求：要求短时间内(脉冲宽度 5ns)保证大量的光能 (20 mJ--500 mJ)；脉冲时间间隔能够视流速大小而变化，范围要求：1μs --若干 ms ；脉冲激光器典型重复频率为 10-30Hz (激光器蓄能需要时间)；双脉冲Nd:YAG 激光器，脉冲时间间隔Δt = 1-150 μs ,重复频率15 Hz ，适合高速气流速度的测量。
结果 查询 图像记录其中：∆t: 脉冲时间间隔T: 单个激光器脉冲重复时间τ: 脉冲宽度②图像记录设备（CCD 相机）CCD —Charge Coupled Device：电荷耦合元件或CCD图像传感器，CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。
CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。
一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。
CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。
CCD 阵列的空间分辨率至少比摄影胶片低两个量级。
CCD按加工工艺分为两种：TTL和CMOS，TTL工艺成像质量要优于CMOS工艺；CMOS 成像和信息存储、传输速度快，用于高速高频响PIV。
而CCD的信号存储和传输：像素→存储区: 500 ns，存储区→PC: 33 ms，跨帧技术如下图所示△tTt EI激光器1激光器2因此对CCD 相机的性能要求：记录图像序列，一帧帧连续排列；高空间分辨率；高速捕获多帧图像； 高感光度。
表面介质阻挡放电等离子体流场PIV实验研究
２ ０ １ ３年
１ ２月
装
备
学
院
学
报
Ｄｅ ｅ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ２ ０ １ ３
Ｖｏ１ ． ２ ４ Ｎｏ． ６
第２ ４ 卷
第６ 期
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｅｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ
表 面介 质 阻挡放 电等 离 子体 流 场 Ｐ Ｉ Ｖ 实验 研 究
周 朋 辉 ， 田希 晖 ， 车 学科。 ， 聂 万 胜 ， 侯志勇 ， 程钰 锋
装备学院 研究生管理大队 ， 北京 １ ０ １ ４ １ ６ ； ２ ．装 备 学 院 航 天 装 备 系 ， 北京 １ ０ １ ４ １ ６ ）
摘
要 为 深入理 解 等离子体 气动 激励 诱 导 射流 形 成 的物理 机 制 ， 采用 微
匀 性优于 正 弦交变激 励器放 电； 微秒脉冲 Ｓ ＤＢ Ｄ诱 导流 场 射流 方 向与正 弦 交 变 Ｓ Ｄ —
Ｂ Ｄ诱 导流场 射流 方 向相反 ， 射流从植 入 电极指 向暴 露 电极 ； ｌ ｌ ７ ０ ０ Ｐ ａ压 力下微秒 脉 冲Ｓ Ｄ Ｂ Ｄ诱 导 射流 流场 具 有 双 向性 质 ， 流场 结 构 为∽ 型， 并对 Ｓ Ｄ Ｂ Ｄ 体 积 力分 布 进
—
ｏ ｄ ｙ ｎａ ｍｉ ｃ ａ ｃ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｏ ｂｔ ａ ｉ ｎｅ ｄ．Ｅｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗｓ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏｓ ｅ ｃ ｏ ｎｄ ｐ ｕｌ ｓ ｅ ａ ｃ ｔ ｕａ ｔ ｏ ｒ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈａ ｒ ｇ ｅ ｉ ｓ
piv实验报告
piv实验报告
标题：PIV实验报告
近年来，PIV（Particle Image Velocimetry）技术作为一种先进的流场测量方法，被广泛应用于流体力学、液体动力学、生物医学工程等领域。
本文将对PIV实
验进行详细报告，介绍实验过程、结果分析以及未来展望。
实验过程：
首先，我们准备了实验所需的设备和材料，包括激光器、高速相机、颗粒示踪
剂等。
然后，我们将颗粒示踪剂注入到流场中，利用激光器对流场进行照射，
并通过高速相机捕捉颗粒示踪剂的运动轨迹。
接下来，我们对捕捉到的图像进
行处理，利用PIV软件对流场的速度场进行分析和计算。
实验结果分析：
通过PIV实验，我们成功地获取了流场的速度场分布图。
通过对速度场的分析，我们发现了流场中的涡旋结构和速度梯度分布。
这些结果为我们深入了解流场
的运动规律提供了重要的数据支持。
此外，我们还对不同条件下的流场进行了
比较分析，得出了一些有价值的结论。
未来展望：
PIV技术作为一种先进的流场测量方法，具有高分辨率、高精度和非侵入性等
优点，因此在流体力学、液体动力学等领域有着广阔的应用前景。
未来，我们
将进一步改进PIV实验技术，提高实验精度和数据处理效率。
同时，我们还将
探索PIV技术在生物医学工程、环境科学等领域的应用，为相关领域的研究提
供更多的技术支持。
总结：
通过本次PIV实验，我们深入了解了PIV技术的原理和应用，获取了有关流场速度场的重要数据，并对未来的研究方向进行了展望。
PIV技术的不断发展和应用将为流体力学和相关领域的研究提供更多的支持和推动。
PIV实验技术报告
2012 年春季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:现代动力/流体机械实验技术学生所在院（系）:能源科学与工程学院学生所在学科:动力工程及工程热物理****:**学号:11S******学生类别:考核结果阅卷人PIV技术及其应用粒子图像测速技术（PIV）是近些年从流场显示技术基础上发展起来的一种崭新的流速测量技术。
所谓流场显示是将流场的某些特性进行可视化，从而获得该流场直观的信息。
随着计算机图像处理与光学技术等的发展，PIV技术可在同一时刻记录下整个测量平面的相关信息，从而可以获得流动的瞬时平面速度场。
1、P IV原理PIV的基本原理是基于最直接的流体速度测量方法。
首先在流体中掺入密度与流体相当并具有很好的跟随性的示踪粒子。
某一时刻，激光照明流体一次，CCD 相机同时拍摄下此时被照亮的粒子图像，另一时刻，激光再照明一次，CCD相机也同时记录一次，发生移动后的示踪粒子图像又被拍摄下来。
两个不同时刻的粒子图像被划分成许多“判询域”（积分格），每对判询域进行相关运算，运算得到的结果是一个速度矢量，即一块判询域产生一个速度矢量。
成千上万个判询域做相关运算，就产生成千上万个速度矢量，形成矢量场和速度大小的分布。
图1 标准二维PIV系统示意图上图为标准二维PIV系统示意图。
系统的重要硬件组成：脉冲激光源、高速相机（CCD或CMOS）、同步控制器、数据采集（及控制）计算机。
主要过程是：示踪粒子（加入被测流动中）；脉冲激光面照亮流场中的待测平面；高速相机采集照亮平面内的示踪粒子图像；数采系统中的软件处理粒子图像获得速度场。
2D PIV系统通常是使观察流场中的速度最快的分量平行于面光源，相机的视场方向在面光源的法线方向上。
即使这种摆放设置受实验条件的限制，像光学通道等，安装也不要和理想的垂直摆放有太大的差别，从而尽可能减少系统误差，以便得到更为真实准确的实验结果。
当已知曝光间隔时间Δt=t2-t1后，便可以计算获得粒子在图像上的平均速度ΔV，其原理如图2所示。
应用PIV研究角区三维分离的附着奇点结构
应用PIV研究角区三维分离的附着奇点结构
张华;吕志咏
【期刊名称】《空气动力学学报》
【年(卷),期】2007(025)0z2
【摘要】利用PIV测试技术从定量的角度实验证实了角区干扰马蹄涡在一定条件下存在着有别于传统"分离奇点"的"附着奇点结构",即对称面最上游的流线并非是从壁面向上抬起而从壁面"分离",而是经由空间的一个奇点向壁面"附着",从而表明表面油流显示中的渐进收拢线可能是附着线而非分离线,因而油流渐进收拢线只是分离的必要条件而非充分条件.PIV实验结果还表明角区干扰马蹄涡存在着三种可能的附着奇点结构,三种附着奇点结构都满足奇点指数拓扑法则.
【总页数】6页(P37-42)
【作者】张华;吕志咏
【作者单位】北京航空航天大学流体力学研究所,流体力学教育部重点实验室,北京,100083;北京航空航天大学流体力学研究所,流体力学教育部重点实验室,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】V211.3
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2.湍流角区三维分离空间与表面流动结构研究 [J], 刘明鑫;张华;Malik Shaheryar
Raza
3.应用PIV研究角区三维分离的附着奇点结构 [J], 张华;吕志咏
4.应用PIV研究角区三维分离的附着奇点结构 [J], 张华;吕志咏
5.应用PIV对角区非定常马蹄涡结构的实验研究 [J], 张华;吕志咏;孙盛东
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PIV测试技术及其应用
PIV测试技术及其应用一、确定文章类型本文将介绍一种重要的测试技术——PIV（Particle Image Velocimetry）测试技术，并阐述其在不同领域中的应用。
本文为技术应用类文章。
二、关键词收集 PIV测试技术、粒子图像、速度场测量、流体力学、实验研究、工程应用三、文献综述 PIV测试技术是一种用于测量速度场分布和流体流动特性的测试技术。
自20世纪80年代问世以来，PIV测试技术已经经历了漫长的发展历程，并广泛应用于流体力学、能源、环保、化工等领域。
在流体力学领域，PIV测试技术被广泛应用于流体流动特性的研究。
通过PIV测试技术，研究人员可以获得流场中粒子的运动轨迹，进而得到流体的速度场分布、湍流度、流线等信息。
这些信息对于流体力学理论的发展和工程应用具有重要意义。
在能源领域，PIV测试技术也被广泛应用于燃烧室、喷嘴等高速喷射系统的流动特性研究中。
通过PIV测试技术，研究人员可以获得燃烧室内的速度场分布、湍流度等信息，为燃烧设备的优化设计和性能提升提供依据。
在环保领域，PIV测试技术被应用于大气污染物的扩散和迁移研究。
通过PIV测试技术，研究人员可以获得大气中颗粒物和污染物的速度场分布和扩散路径，为环保政策的制定提供科学依据。
在化工领域，PIV测试技术被应用于化学反应和混合过程的研究。
通过PIV测试技术，研究人员可以获得反应器内流体的速度场分布和混合状态等信息，为化工工艺的优化提供指导。
四、分析问题本文将重点分析PIV测试技术的实现方法、优缺点及其在不同领域中的应用。
同时，本文将探讨PIV测试技术的发展趋势，并针对实际应用案例进行分析和讨论。
五、方法介绍 PIV测试技术的实现方法主要包括以下几个步骤：1、准备测试设备：包括PIV系统硬件和软件、激光器、显微镜、同步器等。
2、制作示踪粒子：选择适当的粒子作为示踪粒子，并将其悬浮在待测流体中。
3、拍摄粒子图像：通过显微镜和数字相机拍摄示踪粒子的图像，并传输到计算机中。
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了人体模 型呼吸 区的流场 ， 出了人员呼吸 区周 围 得 的空气流场 和变化 特性 ， 为验证数 值预测 结果提供
了重要 的实验数 据 。 ０ ６年 Ｇ ｒ ｕ ｔｅ 等 人应 ２０ ｅｏ ｎｈ ｒ Ｇ 用 ＰＶ 研 究 了某 航天仓 内 的气 流状况 ， 同时利用 Ｉ
Ｃ Ｄ模拟 了航 天仓 的气流状 况 ， ＰＶ实验 结果进 Ｆ 与 Ｉ
遛 勘测 ｉ汁 ’ ５ ￡
障碍物位置对室内空气流场影响的２ ．Ｉ １ＰＶ实验研究 ）
雷 彬 李安 桂 ２
武汉 ４０ ６ ；． ３ ０ ３ ２ 西安建筑科技大学 西安 ７０５） １０ ５ （． １ 中铁第 四勘察设计院集团有限公司城建院
【 摘
要】 本研 究 目的 旨在利用粒 子 图像 测速技 术（Ｄ Ｉ ， 索房 间 内障碍 物位置 的变化对通风 气流组 ２ ＰＶ）探
行 了对 比，结果 表 明 ＰＶ 同 Ｃ Ｄ 的结果互相 印证 Ｉ Ｆ
究室 内空 气流 场是 研 究室 内空 气 品质 和 热舒 适性
最有 效 、最 直接 的方式 。室 内空气 的流 动通 常都
是非 常复 杂 的湍流 流动 ， 统 的单 点接 、 传 触式 测量 工具 和方 法很 难实 现流 速 的准 确测 量 。而粒 子 图
用 已经非 常广泛 ， 而真 正将 ＰＶ技术应 用于 暖通空 Ｉ 调领 域流 场研究 的时 间相对较 短 。１ ９ ９ ８年 Ｚ ａ ｈｏＬ 等人 应用 ＰＶ 技术 测试 了某大房 间 内的气流 流动 Ｉ
国 内，０ １ ２ ０ 年邓 启红应用 ＰＶ测试 了某模 型箱 Ｉ 体 内两股水流撞 击产 生的流场 ， 按相似 理论研 究通 风房 间两股 气流 的撞击情 况 。 ０ ６年韩 浩等人 为 ２０ 了得 到仓 体 内的气 流 组织 数值 模拟 所 需要 的边件
通 风 空调 房 问流场 的全 场瞬 态测 量提 供 了有 效 的
工具 。
２０ ０ ８年 Ｏ． ａ ｕｒ 等人 利用 ＰＶ技术测 试 了某模 Ｌｇｅｅ ｒ Ｉ 型冰 箱 内的空气流场 ， 发现 了冰 箱 内的气流旋 涡 以
及速 度滞 止区现象 。 】
粒 子 图像测 速技术 （Ｉ ） 流体机 械领 域的应 ＰＶ 在
参 考 。２ ０ ０ ５年 Ｄａ ｉ Ｍａｒ 人用 ＰＶ技术 研究 ｖｄ ｒ 等 Ｉ
ｌ 言 引
随着 人们 生活 水平 的提 高 ，对 室 内空气 的 空
气 品质 和 热舒 适性 要 求也越 来 越 高 。 内空气 的 室 流动 状态 与室 内空 气 品质 、 热舒 适性 密切 相 关 ， 研
风 空调房 间流 场 的影 响 。 是 ， 间 内家俱 、 体 但 房 人 等“ 障碍物 位 置”的变化及 送 风速度 的改变对 通 风 空 调气流 组织 的影 响还 有待 于进 一步 研究 。
２实验设计
２１ 子 图像测 速 技术 （Ｉ 简 介 ．粒 ＰＶ）
等温送 风 ：实验 模 型尺 寸为 ６ ０ ０ ｍｍ ０ ｍｍ × Ｘ３０
高度射 流 无量纲轴 心速度 图中， ／ Ｘ Ｌ口 ０８时各 曲线 变化趋 势相 同， ． 而在 Ｙ＝ ． ５ 高度 ， ＸＬ口 ０３的 ０ ４ｍ ０ 在 ／ － 区域 ， 随着 ＸＬ值 的增加 ， ／ 空气流速反 而显著 下降 ； 障碍物 阻挡 了气流前 进方 向， 形成 大回 流 区现 象。 当送
织 的影响程 度 。 利用 ＰＶ 实验 方法 ， 不同障碍物位 置 、 同送风 速度等 ６种 工况 下流场进行 了拍摄 和数 Ｉ 对 不 据分析 。 究表 明 ， 研 当障碍物位 置 、 源发热 强度 一定 时， 热 随着送风 速度 的增加 ， 送风射 流对模 型房 间 内空
气的卷吸作用加 强 ； 流速 增加 时使模 型 回流 区主旋 涡 区域增 大 ， 涡 中心 向回风 口位 置移动 。 Ｙ ０２ ５ 旋 在 ＝ ． ｍ ７
令令 ・ ห้องสมุดไป่ตู้ 令
（）突破 了空 间单 点测 量的局 限性 ， ２ 实现 了全
流场 瞬态 测量 ２２ 实验 模 型设 计 ． 本实验 研 究 旨在 不 同障碍物位 置 、 同送 风速 不 度对 空 调模 型 房 间 内空 气流 场 的影 响 。研 究对 象 为一 典型 办公房 间 ， 风方 式为 同侧上 送下 回 的非 送
风速度 、 热源强度一定时， 随着障碍物至回风 口水平距 离ｓ 的不断增大， 回流区主旋涡区域逐渐缩小， 旋涡
中心逐渐 向远 离回风 口位 置方 向移动 。该研 究为深入 理解房 间内家俱 、 人体等 “ 障碍物位 置” 对通风 空调
气 流组 织 的影 响提供 了基础 性数据 资料 。
【 关键 词】 粒 子 图像 测速技 术（Ｉ ） 流 场 送风 速度 ＰＶ 障碍物
状况 ， 并分析 了室 内空气流场 与空气 品质 之 问的相
大 尔 … ｏ ＺＩ
ｓｉ Ｍ． ， ｎ Ｂ Ｗ ｎ ｓ ｎ， Ｈ．ａ ｄ ． Ｊ ｅ 用 ｏ
条件 ， 用 ＰＶ技术对 某型 散流器 的气流 流场进行 采 Ｉ
了测 定 ， 到 了 １ 得 ０个断面 上 的时均速度场 。 ０ ８ ２０ 年 ， 伟用 ＰＶ初步研 究 了障碍 物数 量 的变 化对通 王 Ｉ
２ Ｐ Ｖ 技 术 ＤＩ
场进行 了测
个人体 热源 房间 内的空气 流 含有体热 源房 间流 场提供 了
＿ 圈
铁 勘 道
Ｒ Ｌ ＹＳ Ｖ Ｙ Ａ Ｄ ＤＥ Ｉ ０ （） ＡＩ ＷＡ ＵＲ Ｅ Ｎ Ｓ ＧＮ２ １ ５ ０
２０ ０ ９年 集 团 公 司 青年 科 技 论文 专 辑
良好 。２ ０ 年 Ｍｏｔ ｓｎＬ 等人用 ＰＶ技 术测 ０７ ｒｎｅ Ｈ ｅ Ｉ
试 了卧室微 环境 的流场 ， 果发现 家具与墙 的距离 结 对 家具周 围的流场有 重要影 响 ， 从而 影响家 具表面 的温 湿度 ， 并分析 了其对 空气 品质 的影响 。 最近 ，
像 测速 技术 （ Ｉ 的 出现 和 日趋成 熟 ， 我们 实现 ＰＶ） 为