PIV-實(shí)驗(yàn)操作的基本介紹

生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6PIV

實(shí)驗(yàn)的基本操作一入門篇楊

斌生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心講習(xí)系列之一

生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心主要內(nèi)容◆PIV的定義◆PIV系統(tǒng)的基本組成◆PIV測(cè)速原理◆PIV系統(tǒng)的工作過(guò)程◆PIV實(shí)驗(yàn)的基本步驟◆PIV實(shí)驗(yàn)中需要注意的幾個(gè)問題

◆PIV實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理2006-9-6

生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6PIV的定義◆光學(xué)測(cè)速技術(shù)◆特點(diǎn)：整場(chǎng)、瞬態(tài)、非接觸式、定量◆局限性：采樣頻率低；對(duì)模型有一定的要求◆目前發(fā)展水平：2D,3D;多相流動(dòng)測(cè)量，燃燒現(xiàn)象測(cè)

量

，微細(xì)尺度流動(dòng)的測(cè)量。生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心PIV

系統(tǒng)的基本組成◆Nd:YAG

雙脈沖激光器◆同步器◆互/自相關(guān)CCD照相機(jī)◆高速圖像采集卡◆圖像分析處理軟件2006-9-6生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心2006-9-6典型的兩維PIV

系統(tǒng)的基本組成LaserImageCaptureAnalysisEACSynchronizerLight

Sheet生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心2006-9-6PIV

測(cè)速基本原理激光片光平面流場(chǎng)測(cè)試面粒子A的速度矢量為ux=

△x/△t

當(dāng)△t

—0

U

=Ay/△t

當(dāng)At—EAC生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心2006-9-6PIV系統(tǒng)的工作過(guò)程CCD

照相機(jī)LASERPULSE圖像采集卡控制激光脈沖計(jì)算機(jī)生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6激光光源和形成片光的透鏡◆Nd:Yag雙脈沖激光器◆用于片光形成的透鏡Spherical

FLTop

ViewSideViewHeightCylindericalLens—CylindricalFLWaistThicknessSpherical

Lens生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6獲取圖像和圖像的數(shù)字化◆互/自相關(guān)CCD

照相機(jī)◆圖像的數(shù)字化單個(gè)像素實(shí)際尺度粒子圖像外緣圖2.4一個(gè)粒子的數(shù)字化圖像生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6圖像處理算法◆自相關(guān)算法>

兩

次FFT變換>對(duì)象：針對(duì)一幀上進(jìn)行兩次曝光得到的圖像>缺點(diǎn)：無(wú)法分辨回流，需要輔以其他方法◆互相關(guān)算法>

三

次FFT變換>對(duì)象：針對(duì)一對(duì)各曝光一次得到的圖像>

優(yōu)點(diǎn)：能分辨回流

，實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置相對(duì)寬松缺點(diǎn)：需要利用“跨幀”技術(shù)，使用互/自相關(guān)CCD生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6互相關(guān)分析算法查問域互相關(guān)粒子位移R:R速度場(chǎng)查問域第一幀第二幀互相關(guān)分析

EAC生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心2006-9-6PIV

實(shí)驗(yàn)的基本步驟◆開啟系統(tǒng)，檢查激光、CCD、軟件等是否正常；◆預(yù)估測(cè)試區(qū)域的主流速度；◆設(shè)定兩脈沖時(shí)間間隔和脈沖延遲時(shí)間；◆

加入示蹤粒子；◆采集圖像，實(shí)現(xiàn)跨幀測(cè)量；◆得到一定結(jié)果后，調(diào)節(jié)片光參數(shù)、照相機(jī)放大率、光圈和粒

子濃度等參數(shù)提高圖像質(zhì)量；◆調(diào)試結(jié)束后，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，拍攝標(biāo)尺圖像，進(jìn)行后處理。MLxhun

Pulse

Repeten

RAte一Smchronzer流

CenerDTrlpgerduseCCameraStrobe

DutFrame

StodokePdnt2006-9-6CAM10-30的時(shí)序生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心實(shí)現(xiàn)跨幀的PIVCamena

Fxon5ung]mogaL

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生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心2006-9-6兩脈沖時(shí)間間隔的確定粗估——實(shí)驗(yàn)前細(xì)估——實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程中U:測(cè)試平面內(nèi)預(yù)估的主流速度M:CCDCamera的放大率，以每個(gè)像素代表的實(shí)際距離表示，μm/pixel△x在兩個(gè)脈沖間隔粒子發(fā)生的位移，應(yīng)小于1/4的查問域生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心脈沖延遲時(shí)間的確定◆目的：實(shí)現(xiàn)跨幀◆方法：觀察一對(duì)圖像2006-9-6生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心速度單位的轉(zhuǎn)換◆測(cè)量直接得到速度◆獲得標(biāo)尺圖

像2006-9-6生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6實(shí)驗(yàn)中需要注意的幾個(gè)問題◆示蹤粒子的選擇和播撒◆片光參數(shù)的調(diào)整◆壁面反射光處理◆圖像質(zhì)量鑒別生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6示蹤粒子的選擇和播撒◆粒子的流動(dòng)跟隨性◆粒子的光散射率特性示蹤粒子的分布濃度◆整體施放與局部施放Spherical100

mm

200mmCyl

th

D

t

h

D(mm)(⑩(mm)()

(

(mm)()23.3

53

23025.210646625.92129392610.3

5311412

10623413

212474133.4

53545.51061146.2

2122346.55324

2.1

10654

2.72121143.15390.34106241.0212541.4生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6片光參數(shù)的調(diào)整t:Thickness

of

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mh:Height

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light

sheet

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10.618-50-100-2002000

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2121884218生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6壁面反射光的處理◆前處理>避免激光與壁面相交——外流測(cè)量>壁面涂黑或壁面采用透明材料加工——內(nèi)流測(cè)量

◆后處理>

使用圖像處理軟件對(duì)壁面附近區(qū)域進(jìn)行處理>發(fā)展消除壁面反射光的圖像分析算法◆使用PLIF方法>能徹底消除反射光問題，請(qǐng)參考文獻(xiàn)[134]生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心2006-9-6粒子圖像質(zhì)量的鑒別粒子圖像1

粒子圖像2

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2006-9-6實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理◆工具：InsightNT,Tecplot等◆結(jié)果形式：瞬態(tài)速度場(chǎng)、時(shí)均速度場(chǎng)◆方法：選取典型圖像對(duì)，嘗試多種參數(shù)配置，確定

最優(yōu)方案，然后進(jìn)行批處理?！羝渌麄€(gè)性化的處理◆實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差分析

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實(shí)驗(yàn)的基本操作一入門篇楊

斌生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心講習(xí)系列之一

生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心主要內(nèi)容◆PIV的定義◆PIV系統(tǒng)的基本組成◆PIV測(cè)速原理◆PIV系統(tǒng)的工作過(guò)程◆PIV實(shí)驗(yàn)的基本步驟◆PIV實(shí)驗(yàn)中需要注意的幾個(gè)問題

◆PIV實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理2006-9-6

生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6PIV的定義◆光學(xué)測(cè)速技術(shù)◆特點(diǎn)：整場(chǎng)、瞬態(tài)、非接觸式、定量◆局限性：采樣頻率低；對(duì)模型有一定的要求◆目前發(fā)展水平：2D,3D;多相流動(dòng)測(cè)量，燃燒現(xiàn)象測(cè)

量

，微細(xì)尺度流動(dòng)的測(cè)量。生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心PIV

系統(tǒng)的基本組成◆Nd:YAG

雙脈沖激光器◆同步器◆互/自相關(guān)CCD照相機(jī)◆高速圖像采集卡◆圖像分析處理軟件2006-9-6生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心2006-9-6典型的兩維PIV

系統(tǒng)的基本組成LaserImageCaptureAnalysisEACSynchronizerLight

Sheet生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心2006-9-6PIV

測(cè)速基本原理激光片光平面流場(chǎng)測(cè)試面粒子A的速度矢量為ux=

△x/△t

當(dāng)△t

—0

U

=Ay/△t

當(dāng)At—EAC生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心2006-9-6PIV系統(tǒng)的工作過(guò)程CCD

照相機(jī)LASERPULSE圖像采集卡控制激光脈沖計(jì)算機(jī)生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6激光光源和形成片光的透鏡◆Nd:Yag雙脈沖激光器◆用于片光形成的透鏡Spherical

FLTop

ViewSideViewHeightCylindericalLens—CylindricalFLWaistThicknessSpherical

Lens生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6獲取圖像和圖像的數(shù)字化◆互/自相關(guān)CCD

照相機(jī)◆圖像的數(shù)字化單個(gè)像素實(shí)際尺度粒子圖像外緣圖2.4一個(gè)粒子的數(shù)字化圖像生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6圖像處理算法◆自相關(guān)算法>

兩

次FFT變換>對(duì)象：針對(duì)一幀上進(jìn)行兩次曝光得到的圖像>缺點(diǎn)：無(wú)法分辨回流，需要輔以其他方法◆互相關(guān)算法>

三

次FFT變換>對(duì)象：針對(duì)一對(duì)各曝光一次得到的圖像>

優(yōu)點(diǎn)：能分辨回流

，實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置相對(duì)寬松缺點(diǎn)：需要利用“跨幀”技術(shù)，使用互/自相關(guān)CCD生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6互相關(guān)分析算法查問域互相關(guān)粒子位移R:R速度場(chǎng)查問域第一幀第二幀互相關(guān)分析

EAC生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心2006-9-6PIV

實(shí)驗(yàn)的基本步驟◆開啟系統(tǒng)，檢查激光、CCD、軟件等是否正常；◆預(yù)估測(cè)試區(qū)域的主流速度；◆設(shè)定兩脈沖時(shí)間間隔和脈沖延遲時(shí)間；◆

加入示蹤粒子；◆采集圖像，實(shí)現(xiàn)跨幀測(cè)量；◆得到一定結(jié)果后，調(diào)節(jié)片光參數(shù)、照相機(jī)放大率、光圈和粒

子濃度等參數(shù)提高圖像質(zhì)量；◆調(diào)試結(jié)束后，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，拍攝標(biāo)尺圖像，進(jìn)行后處理。MLxhun

Pulse

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CenerDTrlpgerduseCCameraStrobe

DutFrame

StodokePdnt2006-9-6CAM10-30的時(shí)序生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心實(shí)現(xiàn)跨幀的PIVCamena

Fxon5ung]mogaL

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生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心2006-9-6兩脈沖時(shí)間間隔的確定粗估——實(shí)驗(yàn)前細(xì)估——實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程中U:測(cè)試平面內(nèi)預(yù)估的主流速度M:CCDCamera的放大率，以每個(gè)像素代表的實(shí)際距離表示，μm/pixel△x在兩個(gè)脈沖間隔粒子發(fā)生的位移，應(yīng)小于1/4的查問域生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心脈沖延遲時(shí)間的確定◆目的：實(shí)現(xiàn)跨幀◆方法：觀察一對(duì)圖像2006-9-6生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心速度單位的轉(zhuǎn)換◆測(cè)量直接得到速度◆獲得標(biāo)尺圖

像2006-9-6生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6實(shí)驗(yàn)中需要注意的幾個(gè)問題◆示蹤粒子的選擇和播撒◆片光參數(shù)的調(diào)整◆壁面反射光處理◆圖像質(zhì)量鑒別生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6示蹤粒子的選擇和播撒◆粒子的流動(dòng)跟隨性◆粒子的光散射率特性示蹤粒子的分布濃度◆整體施放與局部施放Spherical100

mm

200mmCyl

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D

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53

23025.210646625.92129392610.3

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10623413

212474133.4

53545.51061146.2

2122346.55324

2.1

10654

2.72121143.15390.34106241.0212541.4生態(tài)環(huán)境與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程中心

2006-9-6片光參數(shù)的調(diào)整t:Thickness

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