粒子圖像測速(PIV)技術(shù)在水槽波浪中的研究.pdf

1、粒子圖像測速(Particle Image Velocietry，PIV)技術(shù)采用高速CCD相機和激光技術(shù)進行非接觸形式流場測量，通過對所采集的流場圖像加以互相關(guān)分析以獲取流場信息。與傳統(tǒng)的測試技術(shù)相比，PIV技術(shù)避免了測量中測試儀器對流場的干擾，并且克服了以前只能單點測量的缺點，可以獲得整個測試流場的瞬時速度場，而且具有較高的精度。隨著計算機與圖像處理技術(shù)的發(fā)展，PIV技術(shù)取得了長足的進步，逐漸由二維平面發(fā)展到三維空間，成為流場測量中

2、的重要手段之一。
　　 本文首先介紹了PIV技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展情況及幾個重要的分支，闡述了PIV技術(shù)的計算原理、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語言的PIV處理系統(tǒng)程序，實現(xiàn)了操作界面的可視化。為了研究波浪傳播演變過程及其在破碎過程中的瞬時流場變化情況，在實驗室水槽中進行了詳細的波浪實驗。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程進行了流場計算，給出了

3、波浪的速度方向由后轉(zhuǎn)前的變化過程，并將垂直斷面上的速度值與理論值進行對比，取得了較好的匹配性。在此基礎(chǔ)上，采用有機玻璃板在水槽中搭建了坡度為1：10的斜坡，對斜坡上卷破波的破碎過程進行了測量計算，為了減小破碎區(qū)水自由表面對激光的強散射作用，實驗中采用了在水槽底部放置反光鏡反射激光以照亮流場的方式。通過對破碎過程進行分析可知，卷破波破碎過程內(nèi)部流場復雜多變，湍流渦動變化明顯，在波浪爬坡過程中，速度逐漸增加，達到破碎狀態(tài)時水表面速度最大，水