透平叶栅二次流瞬态特性的新测试方法

为了解决常规粒子图像测速系统（PIV）对小于20％主流速度的弱次流场进行测量时无法得到可靠矢量场的问题,通过调整第二束片光使其沿主流方向偏移1～1．5mm来跟踪粒子运动,实现了对高速流动中弱二次流瞬态速度场的可靠测量．在此基础上,组合调制4束激光片光的触发时序和空间位置,使不同时间触发的片光能跟踪粒子的运动,再结合2套互相关CCD和偏振光技术,可获得3组高时间分辨率的连续瞬态矢量场,从而实现了对非定常二次流质点运动及涡系结构演绎过程的跟踪测量．     

基于光流法的粒子图像测速

以对粒子图像测速为目标,使用光流场针对数字图像建立整体光流模型,计算出粒子图像各像素点的速度场。对比不同粒子条件下的速度场从而获得符合光流法测试的粒子图像。采用了基于微分方程的Lucsa-kanade光流场计算方法,对流场显示进行定量化测速,实现对了流场的瞬态测量。光流法应用于粒子图像测速技术中,可用于速度场计算,也可用于修正原有的互相关算法得到的错误矢量。     

准定常流动瞬态速度场的一种PIV查询算法

边界层转捩过程的瞬态PIV测量一直是实验流体力学的难点。实际条件下,一些干扰因素如强剪切、低粒子浓度等会造成初次运算结果出错,从而导致迭代运算的最后结果精度降低。提出了一种准定常条件下瞬态速度场的粒子图像测速分析算法。对于粒子图像序列首先采用相关求和方法获得时间序列的平均速度场,然后以此为参考速度场估算出每一帧瞬态粒子图像对应速度场。该方法有效地克服了由于强剪切、低粒子浓度产生的干扰因素,提高了瞬态测量精度。本文同时讨论了它的适用范围。     

两相流稀相微粒速度场测量技术研究

通过引入粒子计数法，对基于二进制图像分析算法(BICC)的粒子图像速度场仪(PIV)的粒子图像跟踪技术进行了改进。数值模拟了3个典型的两相流稀相微粒流场，即等线速度旋转流场、旋涡流场和两个相向运动的射流汇合流场，并把改进后的微粒跟踪技术用于模拟流场中粒子对的识别研究。结果表明：改进后的方法能很好地识别与跟踪粒子对，计算速度快，准确率高达97％，适用于两相流稀相微粒速度场的测量；随着粒子对数目的增大，相关系数降低；随着粒子半径的减小，相关系数分布渐趋陡峭；最佳粒子对数目为8～12，最佳粒子图像半径为3～8像素。     

透平叶栅二次流瞬态特性试验及动力学分析

基于作者提出的片光跟随主流偏移的新测试方法,成功对后加载环形叶栅的二次流瞬态流场进行了试验研究,通过实测瞬态矢量场定量展示了二次涡的强烈非定常性.试验结果表明,随着气流速度的增大,通道涡更靠近吸力面和端壁,而其流线结构也更加不稳定,在同一区域常常存在分叉与不分叉、多次分叉与一次分叉交互出现的非定常现象.基于对通道涡流线结构的涡动力学及其物理本质的分析,认为其流线结构取决于局部压力梯度和正、负耗散区的竞争,在各种抑制二次流措施的基础上,若能一直保持通道涡为不稳定焦点结构,将可以进一步减少二次流损失.     

一种二维瞬时粒子图像速度粒度同时测量的新技术

基于灰度统计判别原理,提出了一种可以对二维平面内粒子图像的速度和粒径实现实时同时测量的新技术.基于灰度统计判别的查询算法在运用自相关运算获得速度大小的同时,根据两次曝光粒子图像的能量差异判别记录顺序,解决了数字粒子图像测速(DPIV)中粒子图像运动方向的二义性问题.利用图像处理技术实现了对粒子图像粒径的同时测量.以模拟的DPIV粒子图像为研究对象,开发了相应的查询算法,编制了二维粒子图像速度粒度实时同测的相应软件,并利用模拟粒子图像对查询算法进行了单区域和全区域的分析检验.结果表明,灰度统计判别解决了方向二义性问题,查询算法能够很好地处理各种模拟粒子图像,查询软件能够实现二维粒子图像速度、粒度的同时测量,运算时间满足实时测量的需要.     

旋转物质二次引力场中粒子的运动

从二次引力场方程出发，在弱场条件下，给出了旋转物质的引力场，继而探讨粒子在旋转物质二次引力场中的运动。所得结果表明，二次引力场中Yukaws型力既影响实验粒子的径向加速度，又影响Lense-Thiming进动角速度。     

电动微流体显微粒子图像测速误差修正方法

在电动微流体粒子图像测速技术中,示踪粒子的电泳运动是影响测量不确定度的主要因素之一．采用电流方法和粒子图像跟踪技术相结合,测量流体的平均电渗淌度和示踪粒子运动淌度,计算粒子的电泳淌度,据此对显微粒子图像测速结果进行修正．实验测量了直径为520nm的聚苯乙烯示踪粒子在20mmol／L硼砂缓冲液中的电泳淌度,对水力直径小于20μm的锥形微管道Micro-PIV测量流场进行了修正．实验结果表明,修正后的流场速度与数值计算结果一致,该方法可以较好地消除示踪粒子电泳运动对Micro-PIV测量结果的影响．     

运用数字粒子图像测速技术测量柴油瞬态喷雾

分析了数字粒子图像测速(DPIV)技术的基本原理,建立了一套柴油喷雾激光测量试验系统,运用DPIV技术对柴油喷雾结构进行了可视化测量,并测量了柴油的瞬态喷雾特性.研究结果表明,燃油喷雾速度随着喷雾时间的推延逐步降低,在喷雾后期喷雾速度降低尤为迅速;柴油瞬态喷雾具有典型的"树枝"状拟序结构;油粒速度沿轴线方向增加,外围油粒速度远小于核心油粒;喷雾与周边空气发生了"卷吸"作用,在喷雾内部形成了复杂的涡旋运动,涡度沿喷雾轴线方向增大.     

高可控非稳态对冲扩散火焰的实现及其时变流场特征

为研究火焰拉伸变化对流场、碳烟生成的瞬态效应，进一步完善层流火焰面模型在湍流火焰中的应用，设计并搭建了一个高可控的声激励对冲火焰燃烧器及其流场和碳烟浓度场的测量系统，利用相位锁定的粒子图像测速和激光诱导白炽光技术，测量了简谐振荡的对冲火焰中流场以及碳烟生成随时间的变化特性。结果表明：设计的声激励对冲燃烧器喷嘴出口速度为非均匀分布；非稳态工况下，施加的声激励电压信号幅值与出口速度振幅呈线性关系，频率为40 Hz的乙烯和丙烷火焰出口速度分别滞后电压信号0.09、0.14周期；随着电压信号频率的增加，速度的滞后程度也随之扩大。此外，40 Hz频率下乙烯火焰的碳烟体积分数滞后准稳态值0.35周期，具有明显的瞬态效应。研究成果可为非稳态层流火焰面模型开发提供理论依据。     

应用粒子图像速度场仪测试圆柱绕流涡的结构

利用粒子图像速度场仪（PIV）的2帧互相关技术,在风洞中测量雷诺数为500的圆柱绕流.通过展示一个涡的产生、发展及脱落的连续瞬时速度矢量场、流线图、速度量级等势线图和涡量等势线图,分析圆柱后涡系发展及涡量输运规律.     

粒子图像时间间隔对体视PIV测量误差的影响

体视粒子图像测速(stereoscopic particle image velocimetry, SPIV)技术是根据2台相机各自连续拍摄的至少2帧粒子图像测量平面三维流场,其测量结果的精度与粒子图像时间间隔的设置有关。利用层流和明渠紊流实验数据,分析粒子图像时间间隔对SPIV测量精度的影响,结果表明:当时间间隔满足1/4准则时,层流整体测量精度随时间间隔的增加而提高,但在速度梯度较大区域,当判读窗口内粒子间位移差不满足2/3准则时,测量精度会随时间间隔的增加而降低;明渠紊流外区测量精度未发现随时间间隔发生显著变化,但近壁区过大的速度梯度使2/3准则不再被满足,测量精度随时间间隔增加而显著降低;当不满足1/4准则时,各流动的测量误差均增大。利用SPIV开展平面三维流场测量时应遵循以下实用原则:粒子图像时间间隔应满足1/4准则,在此基础上,速度梯度较小的流动尽量使用较大的时间间隔,而速度梯度较大的流动宜取满足2/3准则条件的最大时间间隔。     

后台阶分离再附湍流流动的实验研究

采用激光粒子图像速度仪(PIV)对低速水槽中二维后台阶分离再附湍流流动进行了系统的实验研究．通过大量重复高空间分辨率瞬态速度场测量,获得了时均再附点位置和时均速度场．对实验结果进行统计分析得到了流向、法向速度分量的脉动场、雷诺应力场和展向涡量场,并给出了小涡结构配对、合并和大尺度相干旋涡结构形成过程中所出现的流动特征．     

基于小波变换的多普勒雷达回波图像压缩

由于多普勒雷达的速度图是矢量场，在有损压缩模式下，运动粒子的原来运动方向可能会由于失真而改变。提出了一种速度场方向保持算法(VFHOA)，引入了方向图的概念。在恢复图像时，利用该算法，可以纠正发生方向错误的运动粒子。最后利用小波变换和零树编码，并结合VFHOA对多普勒雷达回波数据进行了压缩。实验表明，VFHOA实现简单，效果较好；并且该算法也适用于对一般的矢量场图像的有损压缩。     

一种测量颗粒对流速度的新方法

 提出一种测量振动过程中颗粒对流速度的新方法——示踪子寻迹测速法。该方法可对粒子位置坐标进行精确识别,同时,利用其颜色属性、三角形最小形变度对未能直接识别的粒子加以辅助识别,实现了对运动粒子不同时刻空间参量的跟踪描述。运用图像处理软件ImageJ获取粒子位置坐标,具有处理速度快,便于修正的特点,与其他位置识别方法相比,ImageJ具有独特的优越性。     

基于自动检测与动态补偿的DC-DC转换器抗单粒子加固设计方法

以Boost型转换器为例进行了DC-DC转换器对单粒子瞬态的敏感性分析,研究了单粒子瞬态对环路响应的影响. 基于对环路敏感节点的分析,采用电路与系统级的片上自动检测方法及时获取单粒子能量,进而转化为动态补偿的参数,实现了对不同单粒子能量下的瞬态特性改善. 基于商用0.18 μm BCD工艺,完成了一款高可靠Boost型转换器电路设计、版图设计与物理验证. 实验结果显示,输入电压为2.9~4.5 V,输出电压为5.9~7.9 V,负载能力为55 mA,系统在单粒子瞬态效应的作用下,输出电压的最大波动不超过1 mV,抑制能力达到86.07%以上,能够抵抗LET=100 MeV·cm2/mg的单粒子轰击.      

贴壁方柱湍流场高分辨率PIV实验研究

采用粒子图像速度场测试技术(PIV),测量了低速循环水槽中贴壁二维方柱湍流场.实验中采用了1 100万像素CCD相机,所测得的速度矢量空间分辨率达0.72 mm×0.72 mm.通过对该分离再附湍流的1 500个瞬时速度场数据进行统计分析,获得时均速度场及时均再附点精确位置,并得到了流向、法向速度分量的脉动强度和涡量场.此外,从流场回流因子分布可知低速回流区在法向的振荡幅度为0.15D(D为方柱截面边长),而沿流向上下游的振荡幅度分别为0.5D和2D,表明旋涡相干结构输运、再附过程以及回流区的低频振荡对流场影响较大.     

高速运动粒子的脉冲全息诊断技术

对爆炸冲击波作用下微喷射粒子的全息诊断方法进行了简要的理论分析,介绍了基于粒子场全息测试原理而研制的高速运动粒子空间分布参数脉冲全息诊断系统的组成和作用,并给出了该诊断系统对爆轰粒子场实际测量的结果。结果表明,该系统可以实现对高速运动粒子的三维诊断,满足实际工作的要求。另外,对这一测试系统和技术的应用发展方向中的问题进行了简要讨论。     

阀体后90°圆形弯管内部流场PIV分析

利用激光粒子图像速度场测试技术对阀体后90°圆截面弯管的内部流场进行测量,分别在不同阀体开度和流速工况下,获取了弯管内大量高分辨率瞬态速度场数据,并对其进行统计分析,以获取相关流场特征,包括时均速度场、流线图谱及涡量场等.结果表明：阀体后弯管流场存在明显的高速区和低速区,并在特定工况下产生涡流;流场特性随着阀门开度、流速以及截面位置的不同而产生较大的变化.     

RM?PTV中选取候选粒子的形心DT网格方法

为提高松弛迭代粒子追踪测速法(RM-PTV)提取瞬态流场的便捷性,提出了一种形心Delaunay三角剖分(DT)方法,并用其代替固定阈值法来选取与目标粒子预匹配的候选粒子,以降低RM-PTV对待测流场特性的依赖。通过对典型流型的自定义及标准人工粒子流场图像的匹配计算进行全面、有效地验证表明:形心DT网格可有效、便捷地选取候选粒子,保证RM-PTV得到准确的匹配结果,兼顾匹配准确率和效率,省去流场速度的预先估计,减小算法对流场及具体粒子分布情况的依赖,使RM-PTV更独立,应用更方便。