基于光流卷积网络的粒子图像测速自动掩模及速度场计算

粒子图像测速（PIV）技术是一种定量的非接触式全局速度场测量技术。在船舶与海洋工程领域,PIV实验中拍摄的粒子图像常出现结构物遮挡或自由液面等干扰现象,需要对其进行掩模后计算液相区域速度场。因此,实现PIV图像中干扰区域自动掩模及液相区域速度场高精度计算具有重要的意义。本文基于光流卷积神经网络LiteFlowNet,设计了一种可实现自动掩模及速度场计算的深度学习模型Mask-PIV-LiteFlowNet,并使用基于物体入水PIV实验图像掩模数据集和PIV速度场计算数据集制作的数据集对其进行训练和测试。测试结果表明,该模型能够有效减少临近掩模边界区域的速度场计算错误并能够精细地提取流场小尺度流动信息,相比于当前先进的PIV深度学习模型PIV-LiteFlowNet-en,本文提出的模型在对带结构物的合成粒子图像进行流场计算时精度获得了至少14.5%的提升,计算速度上获得了5.7%的提升。最后,使用楔形体入水PIV图像对提出的模型进行了测试,验证了模型的泛化能力。     

翼型尾流场湍流特征的水筒PIV测试分析研究

翼型尾流场是一个典型的湍流场.文章在CSSRC空泡水筒中采用PIV技术对翼型尾流场进行了大子样试验测量,获得翼型尾流场的时均速度、雷诺应力、脉动速度均方根、湍流强度和平均涡量等统计特征量,并将试验结果与美国Notre Dame大学风洞试验结果作了比较,吻合较好.文中还利用PIV测量瞬时速度场计算了脉动速度空间相关系数和湍流积分尺度,分析了翼型尾流场湍流积分尺度与湍流强度的分布特征及湍流演化规律.     

一套非接触式的明渠非恒定流测量技术

本文建立了一套自动控制的非接触式明渠非恒定流测量系统,开发了水位、流量及PIV的同步触发控制程序,由电磁流量计、超声水位计实时监测流量和水位变化过程,通过PIV流场仪进行流场测量,突破了以前非恒定流试验测量仪器反应速度慢、对水流有干扰的限制。     

PIV测试技术及其应用

粒子图像测速(PIV)是一种基于流场图像互相关分析的二维流场非接触式测试技术,在流场测量中占有非常重要的地位.首先介绍了PIV技术的测试原理及应用特点,阐述了其在船舶拖曳水池、柴油喷雾、气固多相流动及离心泵内部流场领域的应用状况,同时指出了PIV技术的未来发展方向.     

PIV与BEM相结合的流场研究法

本文介绍一种PIV与BEM相结合的流场研究方法，PIV（Particle Image Velocimetry)是一种现代流场测试技术，BEM（Boundary Element Method)是一种流行的CFD方法，所谓PIV和BEM相结合的方法，是利用流域内PIV测量的结果和BEM法的反过程估计出边界上洲际流场相关量的值，进而估计出流域内其它点的速度值，这种方法可以很好地修正PIV的测量结果，减小它们的误差，同时还可以对测量失效区域的流场进行估计，增加流场信息，在文中它被应用到楔形体入水的PIV测量后处理中，取得了很好的效果。     

墩柱绕流水动力特性实验和大涡模拟研究

利用水槽实验对浅水环境中大直径墩柱绕流的三维水流结构进行研究,基于粒子图像测速技术(PIV)测量了墩柱周围瞬时流速分布;另外基本有限体积法建立不可压缩粘性流体三维运动数学模型,采用Smagorinsky-Lilly亚格子模型,对雷诺数为6 000墩柱绕流湍流结构进行大涡数值模拟(LES)。研究结果表明,数值模拟流速分布整体与实验吻合较好,墩柱绕流结构存在明显的垂向变化,近底约10%水深范围内脱涡结构受到床面抑制,卡门涡街发展不充分。对墩柱绕流三维水动力特性的研究将为墩桩冲刷分析和水流荷载计算提供依据。     

三维PIV应用于船舶精细流场测试研究进展

精细流场作用现象和流动细节对解决船舶与海洋工程领域的疑难问题有重要影响,粒子图像测速(PIV)技术实现了在同一瞬态时刻记录大量空间点上的速度分布信息,可提供丰富的流场空间信息及流动特性。三维粒子图像测速(SPIV)技术在国外已被成功用于研究水面舰船和潜艇在高海况下与船体大幅运动有关的复杂粘性现象及壳体大规模流体分离现象,取得了一定的研究成果;在国内,SPIV技术也已应用于船舶尾流场测量及舰船噪声测量中,试验结果能够真实反映流场特征。未来SPIV试验将与CFD方法相结合,向实船试验研究方向发展。随着计算机技术、激光技术、CCD性能的发展,多方位测量的SPIV系统将是未来重要的研究方向。     

分层流体中拖曳球体尾流及辐射内波试验研究

在大型分层流水池中采用 PIV 方法对跃变分层流体中小球尾流场进行了测量,获得了不同拖曳速度工况下跃层处的尾流及内波流场,对体效应稳态内波和尾流效应非稳态内波的特征有了形象直观的了解,获得了内波流场速度大小随内傅氏数的变化规律。     

粒子图像测速技术在拖曳水池应用中存在的若干问题

粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)在舰船精细流场测量方面具有巨大优势。PIV技术在水动力学研究设施中的应用已有近二十年的历史,国内外PIV的应用实例说明这项技术已经发展到了较为成熟的阶段,但它在拖曳水池中的应用仍然存在较多的挑战。论文对PIV在拖曳水池应用的相关环节展开讨论,除了考虑适用于拖曳水池的PIV的布置和形式,还针对SPIV在拖曳水池实际应用时面临的模型准备、安装、标定、粒子播撒、系统主要组件参数等诸多方面的挑战进行了总结。     

粒子图像测速技术在拖曳水池中的应用

粒子图像测速技术（PIV）在大型拖曳水池中的应用面临着很多困难，诸如：水下激光片光照明、粒子图像捕捉、船舶流动的复杂程度、测量面积较大、粒子示踪，水下支架振动等。文章介绍了近十年来国内外PIV技术在拖曳水池中的应用和发展，对岸基式PIV和随车式PIV的优缺点做了比较与分析。还介绍了几个典型应用，即6：1椭球周围的速度及涡量分布的测量；不同尾附体连接形式的水下回转体伴流场测量；水面船首波流动结构的研究。文章还介绍了Iowa大学对拖曳水池PIV测量不确定度的评估研究。分析表明，国际水池PIV技术已经相当成熟并具备广阔的应用前景。     

大气对水面空泡溃灭影响的研究

建立了无界大气流场和有界水流场综合作用下的两相球空泡动力学模型,并基于这个模型研究了大气密度和流动对水面空泡溃灭压力的影响机理。结果表明,当空泡收缩到较小时,空泡的非线性动力学行为可以使大气密度或流动对空泡溃灭压力的影响迅速增大,大气密度越小,溃灭压力越大。     

细长体出水空泡特性实验研究（英文）

Experimental studies are carried out with slender bodies vertically exiting out of the water using a high-speed camera. The mechanisms for the formation, development, and collapse of the cavity around the slender body are explored. The dynamic characteristics of the shoulder cavity and the trail cavity during the water-exit of low-speed bodies are analyzed for various water depths and initial velocities. The results show that the initial velocity has a great influence on the formation, development, and collapse of the cavity. The length and the thickness of the shoulder cavity vary non-linearly with the depth.     

基于DES方法的三维圆柱受迫振动数值模拟

基于OpenFOAM平台对雷诺数3900下的三维固定圆柱绕流和雷诺数30000下的三维圆柱受迫振动进行数值模拟,对湍流的模拟采用SA-DDES离散涡模型.针对三维圆柱绕流问题,采用PISO算法耦合求解速度-压力场,对圆柱绕流的基础参数如St数、平均阻力系数和平均升力系数等与试验进行了比较,结果吻合良好.针对三维圆柱受迫振动问题,采用PIMPLE算法耦合求解速度-压力场,对不同频率下振幅比为0.3的阻力系数、尾涡形态进行了计算,阻力平均系数与实验值相比吻合较好.     

大攻角翼型绕流的流场测试及数值计算

本文采用ＰＩＶ技术中的流态显示方法,对大攻角翼型绕流的流场进行多次曝光流态显示试验,获得了丰富的流动信息。本文同时应用ＣＦＤ技术,进行了相应的数值计算研究。结果表明,试验与计算获得非常好的一致,两者得到一次相互验证。     

PIV velocity field measurements of flow around a KRISO 3600TEU container ship model

The main purpose of this investigation was to demonstrate a useful application of the particle image velocimetry (PIV) method to analyze the complex flow characteristics around a ship. For a sample illustration, the KRISO 3600TEU container ship model was chosen. The flow structure in the stern and near-wake region of the model has been investigated experimentally in a circulating water channel. Instantaneous velocity fields measured by the PIV velocity field measurement technique have been ensemble-averaged to give details of flow structures such as the spatial distributions of the local mean velocity, vorticity, and turbulent kinetic energy. The free-stream velocity was fixed at U _o = 0.6m/s, and the corresponding Reynolds number based on the length between perpendiculars was about 9.0 × 10⁵. The container ship model shows a complicated three-dimensional flow structure in the stern and near-wake regions. The PIV results clearly revealed the formation of large-scale bilge vortices in the stern region and their effect on the flow in the near-wake. The results shown here provide valuable information for hull form design and the validation of viscous ship flow codes and of turbulence models.     

二维扁卵形体近壁面水动力干扰实验

对长度-厚度比为7.0的二维扁卵形体近平壁面运动的水动力特性进行了研究.拖曳水池试验选择了六种不同的壁面间距,五个攻角状态,将卵形体模型安装在U形槽中,保证流场的二维特性.Reynolds数范围从5×105到2×106.根据无界流实验结果,在数据处理中消除测力天平的安装角误差.给出了水动力系数相对于间距、攻角的回归公式,并划分了三个典型的干扰区域:升力区、混合区、阻塞区.实验表明:即使对于钝尾物体,也存在类似机翼的升力效应,无界流中扁卵形体的升力线斜率小于二维平板机翼的相应值.当物体离壁面较远时,水动力系数随攻角线性变化,壁面影响随间距减小而增大;当物体离壁面很近时,出现排斥现象,水动力系数随攻角的变化呈非线性特征.与其它参数相比,在大部分试验状态下,运动速度对水动力系数的影响较小.     

Effects of bulbous bow on cross-flow vortex structures around a streamlined submersible body at intermediate pitch maneuver: A numerical investigation

A flow field around a streamlined body at an intermediate angle of incidence is dominated by cross-flow separation and vortical flow fields. The separated flow leads to a pair of vortices on the leeside of the body; therefore, it is essential to accurately determine this pair and estimate its size and location. This study utilizes the element-based finite volume method based on RANS equations to compute a 3D axisymmetric flow around a SUBOFF bare submarined hull. Cross-flow vortex structures are then numerically simulated and compared for a submarine with SUBOFF and DRDC STR bows. Computed results of pressure and shear stress distribution on the hull surface and the strength and locations of the vortex structures are presented at an intermediate incidence angle of 20°. A wind tunnel experiment is also conducted to experimentally visualize the vortex structures and measure their core locations. These experimental results are compared with the numerical data, and a good agreement is found.     

近破波对直立建筑物的作用力及冲击流场研究

作用在直墙上的近破波对建筑物具有极大的破坏力,其作用机理非常复杂,至今尚无统一认识。利用粒子图像测速(PIV)技术与高精度压力传感器对直墙前的近破波流场和破波压力进行了同步测试,通过流场结构与破波压力的同步对比分析,探讨了近破波对直立建筑物的作用机理。     

PIV的原理与应用

PIV是一种无扰动的二维流场测试技术。随着计算机技术、图像处理技术的快速发展 ,该技术近10年来有了长足的发展。详细阐述了PIV系统的结构与互相关分析原理 ,不但提供了在单向流实验中ADV与PIV的对比结果 ,而且提供了桩基码头模型时的涡流场分布 ,充分体现了PIV的实用价值。