粒子圖像測(cè)速(PIV)技術(shù)在水槽波浪中的研究.pdf

1、粒子圖像測(cè)速(Particle Image Velocietry，PIV)技術(shù)采用高速CCD相機(jī)和激光技術(shù)進(jìn)行非接觸形式流場(chǎng)測(cè)量，通過(guò)對(duì)所采集的流場(chǎng)圖像加以互相關(guān)分析以獲取流場(chǎng)信息。與傳統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)相比，PIV技術(shù)避免了測(cè)量中測(cè)試儀器對(duì)流場(chǎng)的干擾，并且克服了以前只能單點(diǎn)測(cè)量的缺點(diǎn)，可以獲得整個(gè)測(cè)試流場(chǎng)的瞬時(shí)速度場(chǎng)，而且具有較高的精度。隨著計(jì)算機(jī)與圖像處理技術(shù)的發(fā)展，PIV技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，逐漸由二維平面發(fā)展到三維空間，成為流場(chǎng)測(cè)量中

2、的重要手段之一。
　　 本文首先介紹了PIV技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況及幾個(gè)重要的分支，闡述了PIV技術(shù)的計(jì)算原理、相關(guān)理論原理以及系統(tǒng)組成和圖像的預(yù)處理。其次根據(jù)互相關(guān)理論發(fā)展了一套基于MATLAB與Fortran語(yǔ)言的PIV處理系統(tǒng)程序，實(shí)現(xiàn)了操作界面的可視化。為了研究波浪傳播演變過(guò)程及其在破碎過(guò)程中的瞬時(shí)流場(chǎng)變化情況，在實(shí)驗(yàn)室水槽中進(jìn)行了詳細(xì)的波浪實(shí)驗(yàn)。首先利用PIV系統(tǒng)程序?qū)σ?guī)則波從波谷到波峰的傳輸過(guò)程進(jìn)行了流場(chǎng)計(jì)算，給出了

3、波浪的速度方向由后轉(zhuǎn)前的變化過(guò)程，并將垂直斷面上的速度值與理論值進(jìn)行對(duì)比，取得了較好的匹配性。在此基礎(chǔ)上，采用有機(jī)玻璃板在水槽中搭建了坡度為1：10的斜坡，對(duì)斜坡上卷破波的破碎過(guò)程進(jìn)行了測(cè)量計(jì)算，為了減小破碎區(qū)水自由表面對(duì)激光的強(qiáng)散射作用，實(shí)驗(yàn)中采用了在水槽底部放置反光鏡反射激光以照亮流場(chǎng)的方式。通過(guò)對(duì)破碎過(guò)程進(jìn)行分析可知，卷破波破碎過(guò)程內(nèi)部流場(chǎng)復(fù)雜多變，湍流渦動(dòng)變化明顯，在波浪爬坡過(guò)程中，速度逐漸增加，達(dá)到破碎狀態(tài)時(shí)水表面速度最大，水