流體二維圖像測速技術(shù)的研究.pdf

1、傳統(tǒng)的流速測量技術(shù)只能對流場進(jìn)行定點(diǎn)測量，且多數(shù)儀器在應(yīng)用時需要接觸流場，不能對測量區(qū)域內(nèi)的二維流場進(jìn)行無擾動測量。當(dāng)流場內(nèi)部的流速變化對外部干擾敏感且在空間上變化劇烈、需要測量流場的二維流速分布時，接觸式的定點(diǎn)測量儀器已經(jīng)無法滿足測量要求。隨著激光技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)與圖像分析算法的快速發(fā)展，以激光為光源、利用激光的散射和干涉原理的流場測試技術(shù)才得以迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了基于互相關(guān)分析的粒子圖像測速(ParticleImageV

2、elocimetry,PIV)技術(shù)，并逐漸成為流場速度測量的主導(dǎo)方法之一。PIV技術(shù)是近20年發(fā)展起來的非接觸流場測量技術(shù)，通過對流場圖像的互相關(guān)分析獲取流場運(yùn)動信息，克服了接觸式定點(diǎn)測量設(shè)備的局限性，能夠進(jìn)行平面二維流場的測試，是一種非常有發(fā)展前景的無擾動流場測量技術(shù)，已經(jīng)成功地應(yīng)用在水動力實(shí)驗(yàn)、空氣動力實(shí)驗(yàn)的二維流場測量中，為科研人員深入了解流場內(nèi)部的速度分布提供了有效手段。 近年來國內(nèi)外很多學(xué)者對PIV技術(shù)作了大量的研究工

3、作，但在PIV技術(shù)的理論和應(yīng)用研究方面都還存在不完善之處，其中的一個重要方面體現(xiàn)在由于圖像中的粒子密度分布不均勻而導(dǎo)致的相關(guān)分析結(jié)果不精確。鑒于這個原因，本課題對PIV技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，這些研究工作將提高PIV技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用能力，這是本文研究的主要目的。 本文研究了PIV技術(shù)中的相關(guān)算法的原理以及實(shí)現(xiàn)方法，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的路線對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較和分析。并且針對圖像中粒子分布的不均勻性，提出了利用密度聚類分析對圖

4、像中的粒子密度進(jìn)行分類。對于圖像中密度較大的區(qū)域用PIV的傳統(tǒng)算法進(jìn)行處理，而對于密度較小的區(qū)域則選用粒子跟蹤測速技術(shù)(ParticleTrackingVelocimetry,PTV)處理方法，這種并行的處理方法大大加快了處理的精度和魯棒性，避免了由于圖像中粒子分布不均勻造成的影響。并基于粒子密度的分類對圖像做相關(guān)分析并得到流體速度矢量分布圖，取得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此方法很好的解決了粒子分布不均勻的問題，為進(jìn)一步完善二維PIV處理技術(shù)提