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利用“层析PIV重构技术”研究复杂流场结构

1研究背景>>>>>

飞机、船舶、汽车等运载工具的新设计和优化过程中,需对跨超声速非定常流动现象进行研究。受剪切层、涡和激波的相互作用下,非定常流动现象通常十分复杂,传统2D2C二维面测量技术无法全面了解复杂流场变化规律和结构特征。

2技术简介>>>>>

层析PIV技术将传统PIV技术和重构技术结合,基于乘法代数法,对重构的两个相邻时刻粒子分布进行三维互相关计算,进而实现三维空间流场的全场速度测量。

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3经典实验>>>>>

气液相变导致热量的释放或吸收,进而会影响两相流的温度和压力,故气液两相流是典型的非定常流动现象。对气液两相流的研究有助于理解复杂流场现象。

4实验设备与实验过程>>>>>

实验设备>>>

一套层析PIV实验设备通常由高能激光器,体光源透镜组,千眼狼PIV双帧高速摄像机×4台,同步控制器,立体标定板,RFlow3D3C软件等构成。

实验过程>>>

第一步搭建高能体激光照明,利用体光源透镜组将高能激光器发射的激光束拓展为体光源,照亮待测三维空间中的示踪粒子。

第二步搭建层析图像采集系统,使用4台高速摄像机从不同角度对准待测区域,如下图,对焦直至粒子图像清晰,同时4台高速摄像机均与同步控制器连接,以相同时序采集图像。

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第三步进行层析图像采集系统标定,通过多相机采集多组标定板图像,用于物像空间的投影模型标定。为提高层析PIV测量精度,拍摄粒子图像进行立体自标定,如下图。

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第四步利用RFlow软件进行多视角图像重构,使用层析图像采集系统拍摄不同时刻粒子图像,输入其中一组,利用MART方法,对三维粒子重构,得到一个时刻的三维空间粒子分布,如下图。

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第五步利用RFlow软件进行三维速度场、涡结构等后续分析。


5实验结果>>>>>

层析PIV图像采集系统1号位高速摄像机采集的气液两相流图像↓↓↓

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气泡周围三维流场↓↓↓


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气泡周围流场速度等值面分布↓↓↓

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气泡周围流场采用Q准则计算的涡结构↓↓↓

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6应用展望>>>>>

层析PIV重构技术作为一种先进的光学测量技术,是湍流、多涡系干扰等三维非定常复杂流场的有效测量手段。千眼狼层析PIV系统具有高时空分辨率、高重构精度的特点,适用于航空航天、船舶工程、汽车工程等气、水动力学研究领域,助力工程师们不断提高设计性能。


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