粒子图像测速技术研究进展

粒子图像测速技术(PIV)作为一种全新的无扰、瞬态、全场速度测量方法,在流体力学及空气动力学研究领域具有极高的学术意义和实用价值.本文对PIV技术的原理、分类作了简要地介绍,详细归纳和评述了现有的各种速度信息的提取方法,并对拓扑图论、神经网络、遗传算法、模糊聚类等新技术在PIV中的应用以及三维PIV技术、两相流PIV测试技术进行了介绍.指出当前PIV技术除了向三维和多相流方向发展外,如何提高PIV的测量精度以及缩短计算时间仍然是目前研究的主要目标.PIV技术随着计算机技术、激光技术和CCD性能的发展,必将取得更大的发展与突破      

二维粒子图像测速系统的研制

研制了一套二维粒子图像测速系统,该系统采用CCD对流场中的示踪粒子视频图像进行采集,以拓扑映射的新方法完成料粒子像对的匹配;整个过程无需人工干预,处理结果声速、准确、可靠,如每处理一幅图像仅需5分钟,匹配准确度达95％以上,其结果可给出被测流场的速度分量、速度矢量、等流函数线和等涡线等。该系统与业已建成的多相分离实验模拟系统相配套,可用来对多种设备内流场进行多参数、多工况实验诊断,为揭示设备工作机理、优化设备结构等提供了有效手段。     

脉冲激光数字全息技术测量微形变

采用脉冲激光数字全息技术研究微小物体的三维形貌或形变等瞬态过程,实现应力场、流场及冲击波等超快物理现象的可视化诊断。通过对离轴数字全息中物参光夹角与CCD相机像素尺寸关系的理论分析,建立了小物参光夹角的脉冲激光离轴数字全息系统。该系统将单脉冲激光分成三束,通过调节光路中的反射镜,实现测试光与金属箔烧蚀光之间的时间同步,获得了激光烧蚀金属箔形变的动态图像,有助于研究短脉冲激光烧蚀金属靶产生的冲击波对物质微结构的影响。     

同轴数字全息技术在高速射流粒子测量中的应用

讨论了数字全息的理论和数字全息在爆轰实验中的应用。在解决了系统分辨率、动态模糊、安全和防护、精确同步的基础上,使用数字全息技术获得了中心刻有锥形小孔的铝飞片在爆轰加载下的喷射物的全息图,并提供了该全息图的数字再现图像。在照相视场内喷射粒子的速度约2.7~4 km/s,粒子粒径从几微米至几十微米。     

粒子图像测速实验在离心泵流体力学教学中的应用及实例展示

离心泵是流体力学理论最为典型的应用,很多流体力学教材都将离心泵列为重要章节.离心泵输送单一介质时内部流体是圆周运动和相对运动的复合运动,输送固液两相时还会存在两相速度差,可见其内部流动非常复杂.如果将这些复杂的流体运动可视化,让学生看到这种流动现象,将会成为理论教学非常好的补充,加强学生对课堂知识的理解和巩固.为了将内...     

全场测速技术进展

速度场测量技术的研究在流体力学和空气动力学中具有极高的学术意义和实用价值．文中归纳介绍了近十多年来人们积极探索的各种全场测速新技术,特别是激光诱导荧光高速流场测试技术、二维粒子跟踪和粒子图象测试技术以及三维测速的最新进展      

两相流场粒子成像测速技术(PTV-PIV)初探

在单相ＰＴＶ－ＰＩＶ研究基础上，研究液固两相流场粒子成像图像数字测速技术．首次用ＰＴＶ技术得到直槽道中液固两相流场二维瞬时全场两相流速分布．初步探讨了两相ＰＴＶ－ＰＩＶ技术中与单相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速技术的关键不同之处，提出两相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速采样的两相相容性准则．为深入研究两相流场粒子成像测速技术奠定了基础．     

高功率激光对激光同轴全息测量粒子场的影响

在激光同轴全息测量粒子场的实验中,经常使用的光学传像系统能起到扩大工作距离和调整测试系统空间分辨率的作用。但是在利用高功率脉冲激光作为照相光源时,经传像系统传像后的夫朗和费全息图上所记录的粒子中心出现了由暗纹变成亮纹的反常现象。产生这种现象是由于激光经传像系统实焦点处聚焦击穿空气产生等离子体,等离子体吸收物场的参考光,导致参考光无法到达干板上与物光产生干涉。针对此问题提出了对传像系统实焦点抽真空的方案,解决了该问题,得到了理想的全息图。     

基于数字粒子图像的细水雾全场速度测量

水文通过利用激光片光照明细水雾喷雾场和采用数字成像系统获取了喷雾粒子的运动轨迹图像，进而通过研制相应的图像处理和分析软件，重建了细水雾雾场粒子的速度分布，本方法是直接对流场中的粒子成像。因而测量时无需施加示踪粒子对数字成像系统的图像获取速度要求不高，且在图像数据的分析处理方面不像DPIV技术的互相关算法，对示踪粒子的数密度有一定的限制，因此，本方法可用于不宜添加示踪粒子或流场中粒子数密度较低的喷雾场或其它两相流场中粒子速度场的测量。     

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。     

NUMERICAL MODELLING AND PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY MEASUREMENT OF THE LAMINAR FLOW FIELD INDUCED BY AN ENCLOSED ROTATING DISC

The fluid flow field within an enclosed cylindrical chamber with a rotating flat disc was calculated using a finite volume computational fluid dynamics (CFD) model and compared with particle image velocimetry (PIV) measurements. Two particular laminar cases near the Transitional flow regime were investigated: Reynolds number Re=2.5×1 ⁴, chamber aspect ratio G (h/R_d)=0.2 and Re=4.2×10⁴, G (h/R_d)=0.217. This enabled direct comparison with the numerical and experimental results reported by other researchers. The computational details and some major factors that affect the computed accuracy and convergence speed are also discussed in detail. PIV results containing some 4300 velocity vector points in each of seven planes for each case were obtained from the flow field parallel to the rotating disc. It was found that PIV results could be obtained in planes within the boundary layers as well as the core flow by careful use of a thin laser illumination sheet and correct choice of laser pulse separation. There was close agreement between numerical results, the present PIV measurements and other reported experimental and numerical results.     

Micro-PIV技术--粒子图像测速技术的新进展

Micro-PIV是近年来发展起来的一种微尺度流动测速技术.它是传统PIV测量与光学显微技术相结合的一种整场、瞬态、定量测量方法, 其基本测速原理与传统PIV相同, 但在示踪粒子选择、图像获取和处理等方面两者存在较大差别.Micro-PIV突破了传统微尺度流体力学测量手段的局限性, 使得对微尺度流动元件的研究从过去只能给出流量、阻力特性等有限信息逐步转向对全流场内流结构的直接测量上, 并且达到了相当高的分辨率和测量精度.本文对近几年Micro-PIV技术发展状况进行了总结和分析, 论述了Micro-PIV技术与传统PIV的主要区别以及具体的处理技术, 反映了其在科学与工程中的应用,并对此项技术的发展作了展望.      

粒子图像测速技术互相关算法研究进展

粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)中采用的互相关算法就是需要从独立 存在的两幅图像通过一定的判别方法得到流场中各点的流速矢量的计算方法. 互相关算法的具体实现步骤包括图像前处理、区域离散、 匹配原则选取、搜索方法选取和变形预测, 最后对结果进行后处理. 文中从上述几个方面总 结了国内外近年来互相关算法的发展过程, 并通过对各种方法精度和效率的比较对其应用发 展进行了归纳.     

IN-LINE PARTICLE SIZING FORPROCESS CONTROL IN NEW DIMENSIONS

The combination of laser diffraction with upstream sampling realized a break-through for the in-and on-line particles size analysis in industrial applications. Today, the combination of representative sampling, dry dispersion, particle size analysis by laser diffraction and integrated feedback of the sample is well accepted in many industrial applications. No more interactions of the user are required, and for standard applications the on-line monitoring of particle sizes became nearly as simple as the rnonitodng of any other process parameter. The increase of inspection interval from 24-hour operation to months has increased user confidence in this technology, and industries with more demanding measurement requirements are seeking to benefit from this performance. This challenge could not be solved with simple scale-ups or scale-do,he. New solutions had to be found for the sampling system, the measuring sensor, the adaptation to the environmental conditions and the processing of fesl growing volume of data.     

基于数字图像处理的岩石细观破裂力学分析

将数字图像处理技术引入到岩石破裂过程分析RFPA2D(Rock Failure Process Analysis)系统,建立了岩石细观结构破坏过程分析方法．首先提取岩石的细观结构图像,再转化成RFPA2D的前处理数据和数值分析网格,然后进行应力求解和破坏分析．以花岗岩细观结构为例,阐述了运用基于数字图像处理技术的RFPA2D方法进行岩石细观结构破坏分析的过程．结果表明,在岩石破裂过程数值模拟分析中引入数字图像处理技术是岩石细观结构破坏力学行为研究的一种方便而有效的方法．     

数字图像相关技术中插值偏差的理论估计

数字图像相关测量的普及提出了建立散斑质量评价体系要求,即发展针对不同的数字散斑图能够评估测量精度的标准方法.其中,数字图像相关计算中插值误差引起亚像素位移系统偏差(插值偏差)的估计是评价散斑质量的重要参数,然而至今插值偏差与散斑图结构及其插值方法之间的深层机制仍然不明,而且缺乏快速有效的手段估计插值偏差的量级.基于傅里叶方法获得了插值偏差的解析表达式.在满足采样定理的情况下,对其简化得到了插值偏差的带限近似形式和正弦近似形式.插值偏差的正弦近似形式解释了插值偏差随亚像素平移呈正弦形式变化的现象.基于插值偏差的正弦近似公式,提出了决定插值算法用于相关匹配优劣的插值偏差核概念,它表征了插值算法对散斑图特定频率的偏差响应,插值偏差是由插值偏差核与图像功率谱乘积的积分决定的.基于理论分析,提出了一种通过散斑频谱和插值偏差核估计插值偏差的简便有效算法,较之于传统的散斑图平移方法有明显的速度优势.分析了模板大小对估计精度的影响,并通过模拟进行了验证.解释了插值偏差产生的深层机理,解决了长久以来插值偏差难以快速估计的问题.不仅可以用于插值偏差估计,也可以用于插值算法优化,滤波模板选取等问题.对建立散斑质量评价体系,从而制作方便用户的水转印标准散斑也有推动作用.      

图像技术在非均匀布风流化床颗粒运动分析中的应用

通过实验得到了非均匀布风流化床内示踪颗粒在床层内的运动历程,以及床层内颗粒的浓度分布随时间的变化,并发纳得到颗料在非均匀布风的内旋流流化床中不同区域的扩散系数,内旋流流化床颗粒的纵向扩散系数和横向扩散系数大小相近,横向扩散系数明显大于均匀布风的鼓泡床的横向扩散系数,具有较好的横向扩散特性,有利于使流化床内横向不均匀的状况得到改善。     

再生核质点法研究进展

概述了无网格再生核质点法的近似方案和本质边界条件的处理;综述了再生核质点法在结构动力学、大变形分析、计算流体力学、断裂及损伤力学、微机电结构分析中的应用;从工程应用和改进再生核质点法的角度提出了未来的若干研究方向.