激光流場測量中DPIV系統(tǒng)圖像分析與處理的研究.pdf

1、在激光流場測量中，數(shù)字粒子圖像測速技術(shù)(簡稱DPIV)憑借其無擾、瞬態(tài)、全場速度測量等優(yōu)點已經(jīng)成為測量二維流場的最為成熟的方法。然而，目前國內(nèi)外對DPIlV的研究都沒有解決高速復(fù)雜結(jié)構(gòu)流場的全場測量問題。為此，本文針對傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)和測量方法中存在的關(guān)鍵技術(shù)問題展開了深入研究，并主要從軟件方面對DPIV系統(tǒng)的圖像分析與處理進行了設(shè)計和開發(fā)，通過處理拍攝的模擬流場實驗中示蹤粒子的位移圖像初步驗證了軟件的實用性。同時，本論文還為DPIV系統(tǒng)

2、中示蹤粒子的選擇提供了理論依據(jù)。 本論文的工作內(nèi)容和創(chuàng)新之處在于： (1)以米氏(Mie)光散射理論和流體力學(xué)理論為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究了示蹤粒子的光散射特性以及流體跟隨性。針對湍流，本文通過采用頻譜分析法得到了BBO方程分別適用于液體流場和氣體流場的簡便實用的近似解，從而為DPIV應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)流場測量中示蹤粒子的直徑選擇提供了理論依據(jù)。 (2)在系統(tǒng)的硬件研究中，在光源部分使用三種不同波長且時間上完全獨立的脈沖激光

3、器；在圖像記錄部分使用3個獨立的CCD相機采集流場的二維數(shù)字灰度圖像，從根本上解決了由跨幀技術(shù)造成的DPIV可測流速度極限問題。此外，在三個激光脈沖的時序控制上，設(shè)置兩個不同時間間隔Δt1和Δt2的方案，從而達到有效增大DPIV系統(tǒng)的動態(tài)測速范圍和提高全場測量精度的目的。 (3)在系統(tǒng)的軟件(圖象處理方法)開發(fā)上，對傳統(tǒng)的互相關(guān)分析法進行了改進，即通過進一步縮小分析區(qū)域、縮短搜索路徑以及在圖像處理中引入高斯曲線擬合和矢量修正等算