二维PIV测速方向二义性的数值解决方法

PIV是近二十年发展起来的一种瞬时、全场的现代流场测试手段,已经在各行各业的流场测量中被广泛应用.对于早期发展的使用自相相关算法的PIV系统,由于其先天的不足,在速度方向上存在180°不确定性.本文提出了一种基于连续性方程解决二维流动PIV测速方向二义性的方法,并使用模拟流场对它进行了检验,同时分析了在实际测量中应用的可行性,分析得出在测量误差小于10%时,本方法是可行的.这为那些存在速度方向二义性问题的PIV系统,在进行二维测量时,解决二义性困难提供了一种经济有效的手段.     

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。     

PIV基准流场的评估分析

PIV基准流场是规范PIV流场测试技术和校验流场测试数据的统一标准。文章通过分析PIV流场测试技术的发展及其基准流场技术的发展状况,对PIV基准流场建设方法进行初步研究。应用CFD方法初步评估了HTA及ITTC的建议模型,给出了基准模型周围流场结果,并与HTA提供的SPIV试验测试结果进行比较分析,对PIV基准流场的方案设计和不确定度分析进行了进一步思考。分析结果为模型标准与测试标准的建设提供了基础。     

通气超空泡内部流场的PIV实验图像处理

PIV测试是流体动力学实验研究的重要方法之一,可以成为通气超空泡内部流场结构实验研究的有效手段。通过水洞实验利用PIV对通气超空泡内部流场进行测试时,激光在气液两相界面处会发生折射,导致实验图像变形和失真。文章分析了激光在空化流场中各相界面的折射特性和PIV实验图像的变形规律;在此基础上,推导了图像变形的分析计算式,给出了通过原始流场图像获取真实流场图像的还原处理方法;编制了图像还原计算程序,并对原始PIV图像进行了处理,得到了反映真实空泡内部流场结构的图像。     

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。     

PIV技术在旋转流场测试中的应用

考虑旋转流场自身特点,结合PIV非接触全场测量的优势,介绍了相位平均技术的原理、使用方法以及效果,并分析了它的劣势。描述了流场旋转、激光频闪、图像采集三个独立过程的同步控制技术,给出了一种优化控制参数从而减少误差的方法。实验结果证明:在旋转流场PIV测试中,使用这两种方法可以有效地减少测量误差。     

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。     

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。     

通气超空泡内部流场PIV测试方法

研究通气超空泡内部流场的PIV测试方法。通过合理选择空心玻璃珠示踪粒子,利用流化床粒子布撒装置并合理设计通气管路解决了示踪粒子通入问题,采用二维PIV测试系统实现了水洞实验的通气空泡内部流场测试,获得了通气超空泡内部清晰的粒子影像,经数据处理得到了流场速度及涡量分布。实验表明采用PIV技术可实现对通气超空泡内部流场的测试,测试结果能够揭示流场的结构特征,可以为空泡流理论的深入研究提供实验依据,所给出的超空泡内部流场PIV测试实现方法可供其它相关研究借鉴和参考。     

基于PIV的客滚船风阻流场研究

为准确分析客滚船在不同风向角下的流场分布,基于PIV技术研究了某型客滚船在25m/s风速下,5个不同风向角的风阻变化和流场分布;利用PIV技术得出某型客滚船纵向、横向以及水平方向的空气流场特性。结果表明:随着风向角的增加,纵向风轴阻力和横向侧向力呈"抛物线"规律变化,偏航力矩呈"正弦曲线"分布,并存在两个方向相反的阻力峰。利用PIV流场分布图与常规测力试验的风阻曲线对客滚船风阻流场进行分析研究,所得结果可为以后的CFD计算验证以及后期风阻优化提供参考依据。     

Analysis of Flux of Gas Passing Circle Lacuna

The rate of flow of the gas flowing through cirque chink often needs calculation in engineering. The characters of compressibility and thermodynamics have some effect on the gas flowing, so the analysis on the flow of gas is more complex than that of liquid. But under different conditions and different I'equirements of precision the analysis can be simplified suitably, then make the formulae given become simple subsequently. This paper analyzes various gas flux based on basic characters and motion laws of gas and the analysis is just applied in an engineering project.     

舰船管路流体脉动衰减器的性能研究

采用流体网络理论方法对流体网络的特点和基本参数法进行分析,研究并建立一种流体脉动衰减器的数学模型,并通过脉动衰减器的阻抗及系统插入损失,对其性能进行研究.     

水管路系统低噪声配置研究

管路系统的水力功能和振动噪声性能相互影响皆为设计目标。舰船领域中冷却水管路系统长期开启,管路系统振动及船外辐射噪声受到关注。为实现船外辐射噪声的控制,有必要建立水力和声学的协调设计技术。文章以低噪声配置原则为管路系统设计指导,基于复杂水力管网计算方法进行管系合理配置,基于管系等效水梁及管系—船体声固耦合整体建模方法进行振动及船外辐射噪声计算评估,形成了水力与声学协调的管路系统低噪声配置技术流程。以典型冷却水管路系统为对象,初步测试验证了配置原则和计算方法。     

Research on low-frequency mechanical characteristics of the MR dampers in ship isolators

A new isolator composed of a steel rope spring and a magneto-rheological （MR） damper was designed and a study on low-frequency mechanical characteristics of MR dampers in isolators was carried out. It used the characteristics of the MR damper, such as fast response, controllable damping, small energy consumption, wide dynamic scope, and great adaptation. The relationships between MR damping forces and influencing factors were analyzed based on experimental data. The results show that damping force is not only related to structural dimensions, but also closely related to controllable current and vibration frequency. Finally, the empirical formula for damping forces was corrected, and the relationship between correction coefficients and factors analyzed.     

加装前置导翼降低叶轮入口处流体噪声

对离心泵叶轮入口处液体的流动状态进行了分析,提出了采用固装式前置导翼改善叶轮叶片入口处液体的流动状态,以在降低流体噪声的同时,提高泵的效率,改善汽蚀性能.     

液舱内流体晃荡特性数值研究

本文利用VOF法对矩形液舱内液体晃荡进行数值计算。首先对舱内无任何隔板时液体晃荡作了模拟,并与相关文献中的实验结果进行了比较;然后在舱底中间设置一道不同形式的防晃隔板,对液体晃荡进行了计算。从结算结果看,本文提出的方法可以用于分析液舱内液体的运动和载荷,为设计合理的液舱结构形式提供理论依据。     

基于多层动网格技术的流固耦合方法研究

从弱耦合的角度出发,对某型跨声速风扇叶片做了第一阶扭转振动模态下的流固耦合验证计算,采用三维线性插值方法,通过商用软件ANSYS和CFX实现了计算结构动力学和计算流体力学之间的数据交换,从而使固体域与流体域顺序祸合.应用多层动网格技术解决了固体域模型在流场中运动受到流体网格尺寸制约的问题.计算结果表明,模拟结果可以预估叶轮系统的模态气动阻尼系数,具有工程参考价值.     

多荷载对舰船水下管系位移影响分析

舰船管系承担各种流体介质的输送任务,特别是水下舰船管系,空间布置复杂,在工作过程中受到多荷载作用,导致管系位移变化较大。本文选取典型的舰船水下疏水空间管系,对管系在重力荷载、内压力荷载和流体瞬变动荷载作用下的位移变化进行仿真分析,结果表明流体瞬变所产生的动荷载是引起管路位移变化的最主要因素,当管系介质温度变化较大或流体瞬变产生的压力增量较大时,温度载荷和增量载荷也不可忽视。     

粘流方法的螺旋桨尾流场数值分析(英文)

The computational fluid dynamics(CFD) method is used to numerically simulate a propeller wake flow field in open water.A sub-domain hybrid mesh method was adopted in this paper.The computation domain was separated into two sub-domains,in which tetrahedral elements were used in the inner domain to match the complicated geometry of the propeller,while hexahedral elements were used in the outer domain.The mesh was locally refined on the propeller surface and near the wake flow field,and a size function was used to control the growth rate of the grid.Sections at different axial location were used to study the spatial evolution of the propeller wake in the region ranging from the disc to one propeller diameter(D) downstream.The numerical results show that the axial velocity fluctuates along the wake flow;radial velocity,which is closely related to vortices,attenuates strongly.The trailing vortices interact with the tip vortex at the blades’ trailing edge and then separate.The strength of the vortex shrinks rapidly,and the radius decreases 20% at one diameter downstream.     

潜艇操纵水动力数值预报网格与湍流模型选取研究

针对采用计算流体力学(CFD)数值方法预报潜艇操纵水动力中,网格划分和湍流模型选择的问题。以SUBO)FF潜艇模型为对象,对不同网格分辨率的模型进行了水动力计算,对网格的收敛性进行了研究,采用五种不同湍流模型,计算得到了不同漂角下潜艇所受水动力,并和试验结果进行了比较。研究结果表明,在采用CFD数值方法预报潜艇操纵水动力时,纵向力对网格分辨率有较高要求,而侧向力和力矩对网格分辨率要求较低,在湍流模型选择上,采用标准k-ω湍流模型能够获得与试验结果更相符合的计算结果,是目前硬件条件下潜艇水动力CFD预报比较合适的一种湍流模型。