PIV技術在水墊塘模型水流流動中的應用研究.pdf

1、隨著計算機和圖像處理方法的快速發(fā)展，粒子圖像測速法（Particle Image Velocimetry，簡稱PIV）也得到了相應的發(fā)展。作為一種全流場無接觸瞬時測量的工具，PIV測量技術已經(jīng)廣泛地應用于流體及多相流參數(shù)的測量，而且具有較高的測量精度。本文簡要地回顧了PIV測量技術的一些優(yōu)點和工程應用，綜述了PIV技術發(fā)展趨勢及意義。 作者在參閱了大量的國內(nèi)外有關流場試驗可視化技術、數(shù)字圖像處理技術、高速水力學、流體力學等相關文

2、獻基礎上，設計了一套有關水工模型實驗的實驗臺及相關的水循環(huán)系統(tǒng)、光源系統(tǒng)等。水工模型為水利工程中的水墊塘模型，射流入水角有75度和60度兩種情況，射流入水流量和塘內(nèi)水深可使用數(shù)顯閥位控制器和尾水閘門調(diào)節(jié)。在此基礎上，使用數(shù)字圖像處理技術中的PIV和PTV（Particle Tracking Velocimetry）算法分別測量了射流入水角75度和60度兩種情況水墊塘模型流場的速度場，建立了相應的流場流態(tài)圖像庫、速度場庫。同時得到其它的參

3、數(shù)如渦量場、等流函數(shù)線、紊動能等，這些參數(shù)對復雜流動和湍流有重要的研究意義。水射流進入水墊塘可以將氣體卷入塘內(nèi)，形成水墊塘自摻氣的水氣兩相流流場。 使用數(shù)字圖像處理技術中的PIV和PTV測速技術就射流入水角75度和60度兩種情況分別測量了水墊塘模型水氣兩相流流場的各相速度場，建立了相應的兩相流流態(tài)圖像庫。PIV算法通過示蹤粒子測量連續(xù)相(水流流場)的矢量場，PTV算法對分散相(氣相)進行量測，實現(xiàn)了兩相的同時測量。在量測之前，先

4、使用相分離技術，實現(xiàn)兩相的分離。同時給出了水墊塘內(nèi)氣相(氣泡)的特征參數(shù)如粒徑、濃度分布等。 使用數(shù)值軟件（CFX）對此水工實驗模型的淹沒射流流場進行了數(shù)值模擬，得到水墊塘內(nèi)的速度場、等流函數(shù)線圖，將這些計算結(jié)果以可視化結(jié)果的形式給出。將數(shù)值模擬的結(jié)果和數(shù)字圖像處理的結(jié)果相比較分析，發(fā)現(xiàn)兩種方法之間的速度差別較小，在非邊界點處兩種方法的速度數(shù)據(jù)符合相對較好，最小絕對誤差為0.001m/s，最小相對誤差為0.49﹪。絕對誤差較大的