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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Comparative measurements on the flow structure of a marine propeller wake between an open free surface and closed surface flows

In order to investigate the effects of a free surface on the wake behind a rotating propeller, experiments were carried out in a circulating water channel for two cases: one with an open free surface and one with a closed free surface covered by a rigid plate. Four hundred instantaneous velocity fields were measured using a two-frame particle image velocimetry (PIV) technique at four different blade phases. These were ensemble-averaged to investigate the time-averaged flow structure in the near-wake region. For a surface ship, the flow behind the propeller is influenced by the hull wake and the free surface. The phase-averaged mean velocity fields show the potential wake and the viscous wake formed by the boundary layers developed on the blade surfaces. The interaction between the bilge vortices and the incoming flow along the ship’s hull deforms the wake structure. Tip vortices are generated periodically, and the slipstream contraction occurs in the near-wake region. The free surface was found to affect the axial velocity component and vortex structure behind the propeller. As the flow goes downstream, the tip and trailing vortices dissipate due to turbulent diffusion and active mixing with adjacent vortices.     

两维翼水动力振动和流场显示的粒子图像测速实验

在小型循环水槽中进行两维翼水致振荡显示实验。流场显示以ＰＩＶ技术为主,辅以染料示踪技术。试验证明了ＰＩＶ技术可以应用于被动振动非定常复杂流场的测量中,并对两维翼流体旋涡诱发振动响应进行了分析。     

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。     

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。     

Numerical investigation of turbulence near a sheared air–water interface. Part 2: Interaction of turbulent shear flow with surface waves

Large-eddy simulations (LES) of the interactions between turbulent shear flow and surface waves are presented. The formation mechanism of Langmuir circulation and its contribution to the vertical momentum transport are investigated in detail. The effect of surface waves is modeled in two ways in the LES runs. One model includes only the phase-averaged effect of the waves as an added source term in the momentum equation, and the other model includes the full effect of the waves by use of the fully nonlinear conditions of the air-water interface. Langmuir circulations are clearly indicated in both cases, indicating that the phase-averaged effect is essential for the formation of this circulation. It is shown that the formation of Langmuir circulations enhances the vertical transport of momentum. As a result, the mean velocity gradient and the streamwise component of the turbulence intensity are decreased, while the spanwise and interface normal components are increased. Examination of the turbulence energy budget equations shows that production is due to the interaction between the vorticity and the Lagrangian drift as the phase-averaged effect of the wave becomes the dominant source of turbulence. Received: August 17, 2000 / Accepted: December 22, 2000     

现代激光测试技术在燃气轮机燃烧室测试中的应用

系统地概述了近年来燃气轮机燃烧室测试技术的应用及进展,介绍了激光多谱勒技术,粒子图象速度技术、激光荧光法和剌曼光谱测温技术的原理和特点,以及目前有关湍流火焰火焰前峰厚度及温度梯度的定量测试分析的报道。     

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.     

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.     

空气动力艇回转式推进装置的动力学特性

依据动力学特性设计一种新型空气动力艇回转式推进装置,通过简化流场模型和分析对称翼形受力计算空气螺旋桨推力和舵板受力,对比传统推进装置和回转式推进装置在不同转向角和螺旋桨转速条件下的动力学特性差异,并引入增值系数K对转向性能进行分析。研究结果表明:小偏转角下传统推进装置的推进和转向性能较好,但大偏转角下回转式推进装置的推进和转向性能要优于传统推进装置,且转速越高转角越大,其性能优势越明显。     

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。