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。     

数字全息粒子图像测速技术(DHPIV)研究进展

全息粒子图像测速技术(DHPIV)是当前非常具有发展潜力的非定常三维流场测量技术,是一种具有点空间分辨力的三维空间三维速度场和时间历程的实验观测方法和技术. 本文介绍了该项技术(数字全息DH和粒子图像测速PIV)的发展背景和近20年来的研究进展,并介绍了已测得的非定常复杂流动的初步结果. 详细论述了DHPIV技术所面临的关键性问题和应用基础问题以及相应的进展:粒子空间场的重建与再现的空间分辨率问题、粒子定位或位移精度问题、信噪比和数字再现的光学与快速算法以及测量空间的扩展等问题.同时讨论了数字离轴全息等有关技术的潜力, 介绍了进一步的研究发展方向.      

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。     

PIV图像粒子像斑定位偏差综合评估试验及其测速误差评估

本文针对ＰＩＶ技术的直接测量法中图像的可读性和可测性，讨论了从模拟图像到数字图像，最后到粒子像斑中心位置的确定过程中的误差规律；并提出了一种称之为粒子像斑定位偏差综合评估的试验方法。     

实验流体力学的粒子成像技术

<正> 1 引言 现代实验流体力学的一个重大成就是,发明并发展了整个标量场和矢量场的瞬态测量技术.这些技术包括测量标量的层析摄影干涉测量法(tomographic interferometry)(Hessetink1988)和平面激光诱发荧光法(Hassa et al 1987),以及测量速度场的核磁共振成像法(Leeet al 1987),平面激光诱发荧光法,激光散斑测速法,粒子跟踪测速法,分子跟踪测速     

数值实验在流体力学实验教学中的应用探讨

为强化学生对流体力学课程理论知识及实验教学环节的掌握,本文针对传统实验教学过程中受限于硬件设施、模型等问题,将数值模拟技术与流体力学实验教学相结合。以伯努利实验为例,应用数值模拟软件进行物理建模、网格划分、变参数数值模拟等实验内容,通过压力云图、流线等模拟结果对能量转换特性进行了分析,增强了学生对流体力学理论知识及相关参数的物理意义、变化特征等的理解,使学生在实验中产生强烈的“参与感”,有效地提高了教学水平和教学质量。     

问题链教学模式在流体力学教学中的应用

简要介绍了问题链教学模式,分析了该教学模式的内涵和关键要素,以流体力学课程中教学实例说明问题链教学模式的应用方法. 培养了学生问题意识,提高了学生独立思考和创新能力.     

计算流体力学在工程流体力学课程中的应用与实践

随着时代发展,适应大学生特点的教学改革在不断进行,要求教师培养学生的学习能力而不是单纯的传授知识.针对本科生工程流体力学课程的教学模式进行改革,将计算流体力学引入到工程流体力学课堂.5年的教学实践,证明其对学生们的工程流体力学课程和后续专业课的学习有很大帮助.文中以实例的形式介绍了将计算流体力学与本科生流体力学课程结合的方法与实践,深入探讨了教学改革.该实践是提高教学质量的有价值的尝试.     

在流体力学教学中通过重大事件实例教书育人

在流体力学教学中适当地穿插讲述一些有关的重大事故、重大灾害和重大建设项目(统称“重大事件”),对于学生认识现在的学习与未来工作之间的关系,提高学习自觉性,培养热爱专业的思想和严谨的科学作风很有帮助. 本文简介我们在北大力学系本科生流体力学教学实践中收集和讲述的部分重大事件实例.     

激光干涉测速技术在爆轰实验中的应用

用四探头ＶＩＳＡＲ系统测量了铜管外表面在冲击波作用下的膨胀速度以及各种材料（Ｃ１１,Ａｌ,Ｆｅ,玻璃）平面飞片的自由表面速度。是的圆筒壁面径向膨胀速度大于１４００ｍ／ｓ,平面飞片自由面运动速度大于５５００ｍ／ｓ,各被测样品的速度－时间曲线反映了物体的连续运动过程。     

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。     

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．     

流体力学在选矿中的应用

分析了一些典型的选矿设备中流体的运动,阐述了流体力学对选矿发展的重要性,说明了选矿中流体力学的特点及选矿中面临的流体力学问题.     

谈谈流体力学教学中的CAI

本文论述了在流体力学教学中使用ＣＡＩ的优点;提出了几种基本类型的课件;结合具体实例对于讲课型、练习型、实验型等主要课件给予说明     

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.      

亚微米颗粒在汇作用下运动机理的实验研究

当前,城市空气质量的不断恶化,引起了公众的普遍性关注.空气中的悬浮颗粒物,是城市大气环境重要污染源之一,其分布、运动及扩散规律已成为科学领域的研究热点.与连续流体不同,大气中的悬浮颗粒物是离散的,确定颗粒运动的模型是研究大气细微颗粒污染问题的关键.本文拟研究小空间静稳空气中亚微米级颗粒在汇作用下的运动规律,并构建其运动模型.在密闭实验空间中通过燃烧生成亚微米颗粒,利用静电吸附装置模拟颗粒汇,并通过粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)实验和激光多普勒测速仪(lasser Doppler velocimeter,LDV)实验技术测量分析不同空间内亚微米颗粒在大气中的热运动速度和在汇作用下的运动规律,并推导出颗粒物的速度分布经验公式.结果显示:粒子在汇作用下的运动与连续流体汇运动规律类似,但在小空间内颗粒的运动不满足流体连续方程;说明在无气流夹带输运情况下,利用汇作用及颗粒的扩散而发展的颗粒净化技术是可行的.     

Matlab求解库埃特流在计算流体力学课程中的应用

计算流体力学主要研究如何通过数值方法来求解流体力学的控制方程。本文以不可压缩库埃特流为例,在有理论解析解的基础上建立显式、隐式方法的有限差分法控制方程,并提出了基于压力修正法的第三种方法,采用Matlab编程求解流场分布,并研究推进步数、等分数、时间间隔与雷诺数对计算误差的影响。通过对经典流动现象力学特性的学习,可加深学生对计算流体力学求解基本方法和思路的理解,培养理论联系实践的能力。

     

反射式全光纤激光测速法在气炮实验中的应用

建立了用于一级轻气炮弹速测量的全光纤激光光束反射测量系统(All Fiber Optical Beam Reflectance简称AFOBR)，进行了弹速动态测量实验，并与传统的电探针测速技术进行对比。结果表明：与传统的电探针测速技术相比，AFOBR测速系统具有较高的测速精确度和可靠性，其速度测量的相对扩展不确定度小于等于0．5％。