两相流PIV粒子图像处理方法的研究

本文在单相PIV技术的基础上研究了两相流动PIV图像处理方法，采用摸板匹配法和灰度加权标定法对两相粒子进行了识别、区分和标定，采用灰度互相关法对区分后的单相粒子图像进行了处理，应用基于以上方法编制的Windows应用软件，首先对由美国Minnesota大学复杂流动实验室提供的两相流动粒子图片进行了处理，通过对比分析可见，应用本文所采用的方法能对两相粒子进行有效的识别和区分，然后以搅拌槽内液固两相流场为例对此方法进行了应用。     

三曝光三相关PIV技术研究

对不等间隔三次曝光单幅记录的PIV粒子图像,本文提出一和中三相关位移诊断方法,三相关函数有两个次大峰,且不对称地人布在最大峰两侧,本方法可同时获得位移值及判别位移方向,可有效解决位移方向二义性问题,对线性涡流模拟粒子图像,应用本方法进行粒子位移诊断,结果证实了本方法对含涡复杂流动速度方向判别的有效性。     

PIV技术在超及高超声速流场测量中的研究进展

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(particle image velocimetry, 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.      

气液两相流中气泡运动速度场的PIV分析与研究

粒子图像测速技术（PIV）作为一种无扰、瞬态、全场速度测量方法，已被广泛应用于液体或气体的单相流流速场测定。对于两相流PIV技术，目前还处于起步阶段，本文应用PIV技术的基本原理，对静止液体中的气泡运动速度进行了分析，并对有关气液两相流测量问题进行了探讨。     

应用PIV对角区非定常马蹄涡结构的实验研究

利用PIV技术研究了柱体与平板层流边界层角区的非定常流动结构,流动显示和PIV测量均 表明角区存在3种非定常的马蹄涡模态,即绕合模态、脱落-绕合模态以及脱落-耗散模态, 一定$Re$数下主涡脱落后既可能表现为脱落-绕合模态,也可能表现为脱落-耗散模态. 这主 要取决于模型头部形状对涡轴造成的拉伸以及耗散和扩散程度. PIV测量表明,随雷诺数增 加主涡下方从壁面喷发的反向二次涡逐步增大形成强度和尺度较大的``涡舌', 该``涡舌' 将突入整个涡系所在的边界层,最终将主涡与上游涡系隔离并使其从旋涡生成区涡系脱落. 马蹄涡非定常摆动时具有较复杂的奇点形态组合和演化,反映涡轴受到了交替的拉伸和压缩 作用.     

风沙两相流PIV测量算法研究

在风沙两相流图像特征的基础上，提出了一种基于模式识别动态聚类方法中$K$-均值 算法的数字面具(Digital Mask)自动生成算法来求解风沙两相流动. 简化了传统生成Digital Mask过程中手动设置参数的操作，减少了人为误差，为批量处理风沙两相流PIV图像提供 了一种安全快捷的方法. 并将该算法应用于风沙两相流的PIV实际测量，分别得到了不同流 动状态下的气流、沙粒以及风沙气固两相流的速度场.     

应用PIV技术测试涡旋波流场

涡旋波流动作为一种特殊的流动现象,可以使流体在相对较宽的槽道中产生较强的波动和对流混合,从而在小Re数条件下起到强化传质的效果。本文利用PIV流场显示技术,对振荡流在非对称槽道中所形成的涡旋波的产生机理和发展规律进行了实验研究和定量分析,测得了涡旋波流场的速度矢量图,阐明了涡旋波流场周期性变化的特点。分析了Re数和St数对涡旋波流动的影响,并得出了旋涡涡心位置以及涡心处涡量的动态变化规律。     

壁面湍流标度律的PIV实验研究

利用高分辨率、高帧率PIV系统对湍流边界层内的自相似标度律在不同的壁面距离的具体表达形式进行了实验研究。在动量损失雷诺数（Reθ=2167）下测量平板湍流边界层内的二维瞬时速度场。应用小波分析和传统统计学方法,在垂直于平板的平面内,对不同法向位置的自相似的标度律的具体形式及其随尺度的变化情况进行考察,并与已知的She-leveque（简称SL）标度律进行比较分析。结果表明,越接近壁面,结构函数的概率密度曲线尾部越宽,表现出逐渐增强的间歇性;并且随着壁面距离的减小,ESS标度律曲线与SL标度律曲线之间的差别也就越大,而新形式标度律曲线则与SL标度律曲线的差别逐渐减小。在提取的结构尺度一样时,结构函数的标度指数随法向位置的不同变化不大,但是随着提取结构尺度的增加,两种形式的标度律适用的尺度范围也在逐渐增大。     

提高PIV片光源质量的研究

根据高斯光束的性质,本文设计了一种利用普通连续激光器产生较高质量PIV片光源的光路系统。整个光路分为两部分,第一部分为原始光束优化光路,第二部分为片光分光光路。原始光束优化光路通过一系列凸凹透镜有序布置,将原来直径大于2mm的光斑在PIV实验区间控制到1mm以下。优化光路能有效集中激光能量,提高片光亮度。片光分光光路使用鲍威尔棱镜将激光光束分为扇形片光,再用平凸柱面镜将扇形片光汇聚为矩形片光。鲍威尔棱镜分得片光的能量在宽度方向分布较常规双凹柱面镜均匀。平凸柱面镜将扇形光源中分散在极宽区域的能量集中在固定宽度里,使得激光能量的有效利用率提高,有利于PIV实验。     

三维射流PIV图像处理方法的研究及其精度分析

本文利用三台照相机系统记录三维射流的流动，通过照相机系统的标定、三维空间粒子的重构、空间粒子的对应及误对应向量的判断和消除等，建立了一种三个图像记录设备组成的三维PIV图像处理算法，并对其精度进行了分析，通过对三维射流图像的处理和分析表明，该方法是切实可行的。     

PIV速度场坏矢量的本征正交分解处理技术

介绍了一种针对粒子图像测速(PIV)基于本征正交分解(POD)的速度场后处理技术.该技术改变了现在后处理技术将速度场坏矢量识别和修正分开实现的局面,通过迭代方法有效地实现了速度场坏点统一的识别和修复算法.算法利用POD分解的低阶模态信息重构出可以用于坏矢量识别的参考速度场,利用该参考速度场对全流场进行坏点识别并完成修正.通过对一套光滑的PIV速度场数据引入高斯分布的随机误差,测试验证了该POD方法的优越性.在坏矢量识别方面新方法较归一化中值检验有更高的正确性,能识别大面积出现的坏矢量区域.在坏矢量修补的插值算法中,新方法的计算效率又高于传统Gappy POD方法,且计算精度优于常见的矢量场内插数学方法.特别是在数据缺失的大连通区域,该方法对物理流场有很好的预测效果.     

Particle image velocimetry （PIV） measurements of tip vortex wake structure of wind turbine

Large-view flow field measurements using the particle image velocimetry (PIV) technique with high resolution CCD cameras on a rotating 1/8 scale blade model of the NREL UAE phase VI wind turbine are conducted in the engineering-oriented Φ3.2 m wind tunnel.The motivation is to establish the database of the initiation and development of the tip vortex to study the flow structure and mechanism of the wind turbine.The results show that the tip vortex first moves inward for a very short period and then moves out...     

应用PIV技术研究重力式油,气,水分离器的内部流场

重力式油、气、水三相分离器在边际油田开发、处理量不大且油井分布分散的油田开发等方面得到了广泛的应用,文中利用ＰＩＶ技术重点测试分离器内部流场,得到流动死区、旋涡区、流动“短路”等现象,并分析其对分离效率的影响,提出从底部进料、均匀化流速等改进措施．     

基于PIV测量的超声波流量计内流场特性研究

采用PIV(Particle Image Velocimetry)测量手段,考察了小口径超声波流量计的流动特性。首先针对前端安装直管段时,不同流量条件下的流场特性建立基本认识,实验结果表明,在低流量条件下,流量计内流场存在明显的不稳定演变和非定常流动特征。进一步以上游前端安装球阀为典型案例,考察了安装条件对超声波流量计响应特性和测量偏差的影响。结合直管段的实验观测结果,发现此种结构超声波流量计的适应性与其流场非定常性的关系具有很好的一致性,即流场结构稳定则适应性强。此外,综合多参数的实验结果表明,雷诺数是判断小口径超声波流量计测量准确性的重要无量纲参数。     

基于光流算法的粒子图像测速技术研究和验证

光流测量技术作为一种新的空气动力学实验技术,以其像素级分辨率的矢量场测量优势获得广泛的应用。光流测量技术使用光流约束方程,配合平滑限定条件,可以进行速度场测量,获得高分辨率的全局矢量场。本文首先通过研究积分最小化光流测速理论和算法,采用C++编写光流速度测量程序;然后通过三种典型的人工位移图像对光流计算程序进行了验证,并将结果和标准位移分布进行比对分析,以指导如何在实际应用中获得高精度光流速度场;最后进行小型风洞后向台阶实验,利用高速相机拍摄示踪粒子图像,使用光流计算程序获得速度矢量场,同采用互相关算法的粒子图像测速计算结果相比较,体现出光流计算方法像素级分辨率的矢量场测量优势。     

风压作用下房屋自然通风的PIV实验研究

为认识屋内流动结构和改善房屋自然通风效果,本文介绍了风压作用下大开口的房屋自然通风模型的风洞实验结果.首先通过表面压力分布测量得到了建筑物表面风压系数的分布规律,以此为依据选取合理的窗口位置.而后采用PIV粒子图像测速技术,对房屋模型内自然通风的流场进行定量测量,研究不同窗口大小和窗口位置对室内流场速度分布的影响;通过...