PIV技術(shù)在水墊塘模型水流流動(dòng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)和圖像處理方法的快速發(fā)展，粒子圖像測(cè)速法（Particle Image Velocimetry，簡(jiǎn)稱PIV）也得到了相應(yīng)的發(fā)展。作為一種全流場(chǎng)無接觸瞬時(shí)測(cè)量的工具，PIV測(cè)量技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于流體及多相流參數(shù)的測(cè)量，而且具有較高的測(cè)量精度。本文簡(jiǎn)要地回顧了PIV測(cè)量技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)和工程應(yīng)用，綜述了PIV技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及意義。 作者在參閱了大量的國內(nèi)外有關(guān)流場(chǎng)試驗(yàn)可視化技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、高速水力學(xué)、流體力學(xué)等相關(guān)文

2、獻(xiàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套有關(guān)水工模型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)及相關(guān)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(chǔ)上，使用數(shù)字圖像處理技術(shù)中的PIV和PTV（Particle Tracking Velocimetry）算法分別測(cè)量了射流入水角75度和60度兩種情況水墊塘模型流場(chǎng)的速度場(chǎng)，建立了相應(yīng)的流場(chǎng)流態(tài)圖像庫、速度場(chǎng)庫。同時(shí)得到其它的參

3、數(shù)如渦量場(chǎng)、等流函數(shù)線、紊動(dòng)能等，這些參數(shù)對(duì)復(fù)雜流動(dòng)和湍流有重要的研究意義。水射流進(jìn)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(chǎng)。 使用數(shù)字圖像處理技術(shù)中的PIV和PTV測(cè)速技術(shù)就射流入水角75度和60度兩種情況分別測(cè)量了水墊塘模型水氣兩相流流場(chǎng)的各相速度場(chǎng)，建立了相應(yīng)的兩相流流態(tài)圖像庫。PIV算法通過示蹤粒子測(cè)量連續(xù)相(水流流場(chǎng))的矢量場(chǎng)，PTV算法對(duì)分散相(氣相)進(jìn)行量測(cè)，實(shí)現(xiàn)了兩相的同時(shí)測(cè)量。在量測(cè)之前，先

4、使用相分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)兩相的分離。同時(shí)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(duì)此水工實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难蜎]射流流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到水墊塘內(nèi)的速度場(chǎng)、等流函數(shù)線圖，將這些計(jì)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(diǎn)處兩種方法的速度數(shù)據(jù)符合相對(duì)較好，最小絕對(duì)誤差為0.001m/s，最小相對(duì)誤差為0.49﹪。絕對(duì)誤差較大的