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。     

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.     

拖曳体内波尾迹水下/水面波流特征试验研究

内波水面效应对于水下航行体探测具有重要意义，目前关于水下航行体内波尾迹水面特征的相关研究还较少。本文介绍了在大型分层流试验水池中同时开展的以研究内波尾迹特征及其诱导的水面流动特征的拖曳体内波水下/水面尾迹特征试验研究。研究采用电导率仪阵列测量拖曳体(SUBOFF)水下内波波高场及其随时间变化，采用基于光学粒子图像互相关分析的流场测试方法测量拖曳体激发内波诱导的水面流场，并定量分析拖曳体激发的内波波长及其扰动引起水面流动的波长。研究表明：所采用的水面流场测量方法可以测量水面mm/s低速流动。在低傅汝德数Fr_i下(Fr_i≤2.14)，分层流体中拖曳体水面尾迹特征主要受水下体效应内波影响，其水面尾迹波长及传播速度与水下内波的波长、传播速度基本一致；随着Fri的增加(2.14≤Fr_i≤3.42)，在水下尾流效应内波逐渐增强，但在水面流场未见明显尾流效应内波影响；随着Fri的进一步增加(3.42≤Fr_i≤10.27)，水下呈现出明显的尾流效应内波特征，由于表面波效应增强，水面流动主要表现为Kelvin波特征。     

滑行艇船体性能的模型试验

利用长11．8m滑行艇船体的1：8缩尺船模，进行一系列的裸船体阻力试验。船模在静水、压载状态和一定的速度范围内进行试验。试验中测量了拖曳力、航行纵倾和下沉。其中船体浸湿面积和浸湿长度应用水下摄像确定。试验中还布置了能大量喷水的压力喷头，使船体表面不同位置均达到标准压力。应用拖曳水池中横向布置的电容探头测量波形，同时应用激光多普勒速度仪(LDV)确定船体的两个区域在几种航速下的边界层速度场。试验结果发现，船体尾部的压力较低，而邻近边界层外部的速度高于应用一般滑行理论的预报值。介绍船模、试验装置、测试步骤和测试数据实例。     

表面 PIV在潜航体兴波伴流场测量中的应用

介绍潜航体兴波伴流场的表面 PIV测量方法,对表面 PIV的标定,示踪粒子的选择,背景干扰流场的消除方法以及表面 PIV测量精度等问题开展分析讨论。实验表明：运用表面 PIV技术可灵敏地探测到潜航体微弱的 V型兴波伴流场,该兴波伴流场可以用潜航体的‘源-汇’效应解释。本文采用普通 CCD数码摄像机以及普通光源摄取表面粒子图像,与传统的激光 PIV设备相比,不仅经济而且使用方便,测量结果精确可靠,运用表面 PIV技术测量表面微弱流场的精度可达0.01 pixel。     

耙吸挖泥船带水下泵耙管阻力的数值水池预报研究

文章应用数值水池技术针对耙吸挖泥船带水下泵耙管结构的拖曳阻力特性在实尺度下进行虚拟试验,分析研究裸耙管和全附体耙管随下放角度、航速变化的拖曳阻力特性及全附体耙管各组成结构的阻力分量情况,为耙吸挖泥船耙管的拖曳阻力预报、船舶推进功率评估、耙管结构设计优化提供参考。     

MARIC水动力试验设施

<正>1953年，当代中国船舶科学技术创始人辛一心先生创建了我国第一座拖曳水池。该水池长70 m、宽5 m、深2.5 m；采用单悬臂支架拖车；池端设冲箱式造波机；池侧设水下观察窗。1978年，中国船舶及海洋工程设计研究院（MARIC）成为国际拖曳水池会议（ITTC）成员单位，是中国第一批加入ITTC的三家单位之一。     

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。     

尾附体与主体连接形式对尾流场不均匀度影响的PIV测试评估

本文依托CSSRC(中国船舶科学研究中心)中型拖曳水池环境下新建的大型PIV测试手段，对水下航行体五种细部变化的尾附体与主回转体连接形式的设计模型，进行了尾部区域流场定量测试分析。特别针对受到主要关注的推进器所在剖面的三向伴流场，借助流场不均匀度系数，给出了直观的定量评估。本文的工作表明，该大型PIV测试系统对细部流场结构的识别有着较大的潜力，研究结果对指导尾附体及推进器优化设计有重要参考价值。     

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。     

拖曳球体尾流效应内波表现特征及其产生机理研究

采用PIV技术对分层流体中拖曳球体尾流及内波的流场进行了测量,捕捉到了清晰的尾流效应内波的流场图像。尾流效应内波不规则,有一定的随机性,迟于模型出现,呈"V"字形,波长较短,且不随内傅氏数明显变化,与体效应内波特征差异明显。通过对尾流激发内波过程的分析,发现尾流效应内波与尾涡结构紧密相关,试验测量的内波波长与St数决定的涡间距吻合,验证了尾涡激发内波是尾流效应产生内波的一种机制。     

拖航中拖缆的长度与垂度的确定方法

拖缆安全是拖航安全的重要组成。为保障海上拖航的拖缆安全,根据水深和海况条件,通过分析拖航阻力与拖缆的长度、垂度的关系,提出选择拖缆的长度与垂度的确定方法,使拖缆更具弹性且不拖海底,采取措施尽可能避免拖航中拖缆损伤或拉断拖缆,以达到拖航安全的目的。     

浮式防波堤拖航阻力性能研究

以特殊结构形式的防波堤力为研究对象,对其进行了拖航阻力的数值模拟和试验研究.首先对单个带锥头防波堤和不带锥头的防波堤进行了拖曳试验,试验结果表明:带锥头的防波堤的静水阻力比不带锥头防波堤的要减少58%~60%.其次通过对数值模拟结果与试验数据的比较,验证了数值模拟方法的可行性.最后,对组合后的防波堤进行拖航阻力试验和理论估算,并比较分析其结果.     

OCIMF MEG4新要求对油船系泊设计影响浅析

石油公司国际海事论坛最新发布的《系泊设备指南(第四版)》,对系泊设备布置和船对船设备布置提出了新的要求。该文通过对相关新要求的梳理解读,并结合设计实例,分析了新要求对油船系泊设计的主要影响,相关研究内容可供后续类似船舶设计参考。     

垂直及斜出水流场的二维及三维TR-PIV试验

本文对钝头回转体垂直及斜出水流场采用TR-(Time-Resolved)PIV技术进行测量,并对斜出水流场进行3D-Stereo PIV(三维体视 PIV)测量.文中介绍了测试技术及测量结果,揭示了出水过程中流动结构及其演变,展示了TR-PIV技术对具有瞬态历程特征的出水流场研究的适应性.     

基于多尺度的光流算法在PIV中的应用

提出一种基于多尺度分析的光流算法,此算法可以应用于PIV技术中。该方法针对数字图像建立整体光流模型,计算出全场象素点的速度矢量,可以修正原有的互相关算法计算所得结果中的错误矢量,能体现出互相关算法结果所体现不出的图像信息,对于PIV技术的发展有着重要的意义。文章介绍了光流模型的建立,并与传统互相关算法的结果进行了比较,验证了新方法得到的结果比原有算法所得到的结果有着明显的改进。     

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。     

物体出水近自由面瞬态流场的试验研究

本文采用PIV测试技术对物体出水近自由面瞬态流场进行了探索试验研究。PIV试验从流场环境定量化分析的角度，给出了物体出水近自由面的瞬态历程，为全局了解物体出水的复杂流动机理提供了一种细观手段。     

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。