PIV-实验操作的基本介绍课件

生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6PIV 实验的基本操作入门篇实验的基本操作入门篇杨杨 斌斌生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心讲习系列之一讲习系列之一PIV 实验的基本操作入门篇杨 斌 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6主要内容主要内容uuPIV PIV 的定义的定义uuPIV PIV 系统的基本组成系统的基本组成uuPIV PIV 测速原理测速原理uuPIV PIV 系统的工作过程系统的工作过程uuPIV PIV 实验的基本步骤实验的基本步骤uuPIV PIV 实验中需要注意的几个问题实验中需要注意的几个问题uuPIV PIV 实验结果的处理实验结果的处理主要内容PIV 的定义 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6PIV 的定义的定义uu光学测速技术光学测速技术uu特点：整场、瞬态、非接触式、定量特点：整场、瞬态、非接触式、定量uu局限性：采样频率低；对模型有一定的要求局限性：采样频率低；对模型有一定的要求uu目前发展水平：目前发展水平：2D,3D;2D,3D;多相流动测量多相流动测量,燃烧现象测燃烧现象测量量,微细尺度流动的测量。微细尺度流动的测量。PIV 的定义光学测速技术 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6PIV 系统的基本组成系统的基本组成uuNd:YAG Nd:YAG 双脉冲激光器双脉冲激光器uu同步器同步器uu互互/自相关自相关CCDCCD照相机照相机uu高速图像采集卡高速图像采集卡uu图像分析处理软件图像分析处理软件PIV 系统的基本组成Nd:YAG 双脉冲激光器 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6典型的两维典型的两维PIV 系统的基本组成系统的基本组成典型的两维PIV 系统的基本组成 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6PIV测速基本原理测速基本原理流场测试面流场测试面流场测试面流场测试面激光片光平面激光片光平面激光片光平面激光片光平面xyA.粒子粒子 A 的速度矢量为的速度矢量为ux=x/t 当当 t 0uy=y/t 当当 t 0PIV测速基本原理流场测试面激光片光平面xyA.生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6PIV系统的工作过程系统的工作过程控制激控制激光脉冲光脉冲CCDCCD照相机照相机图像采集卡图像采集卡计算机计算机PIV系统的工作过程控制激CCD照相机图像采集卡计算机 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6激光光源和形成片光的透镜激光光源和形成片光的透镜uuNdNd：Yag Yag 双脉冲激光器双脉冲激光器uu用于片光形成的透镜用于片光形成的透镜激光光源和形成片光的透镜Nd：Yag 双脉冲激光器 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6获取图像和图像的数字化获取图像和图像的数字化uu互互/自相关自相关CCDCCD照相机照相机uu图像的数字化图像的数字化获取图像和图像的数字化互/自相关CCD照相机 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6图像处理算法图像处理算法uu自相关算法自相关算法两次两次FFTFFT变换变换对象：针对一帧上进行两次曝光得到的图像对象：针对一帧上进行两次曝光得到的图像缺点：无法分辨回流，需要辅以其他方法缺点：无法分辨回流，需要辅以其他方法uu互相关算法互相关算法三次三次FFTFFT变换变换对象：针对一对各曝光一次得到的图像对象：针对一对各曝光一次得到的图像优点：能分辨回流，实验参数设置相对宽松优点：能分辨回流，实验参数设置相对宽松缺点：需要利用缺点：需要利用“跨帧跨帧”技术，使用互技术，使用互/自相关自相关CCDCCD图像处理算法自相关算法 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6互相关分析算法互相关分析算法粒子位移粒子位移查问域查问域查问域查问域互相关分析互相关分析互相关分析互相关分析速度场速度场互相关互相关第一帧第一帧第二帧第二帧查问域查问域查问域查问域互相关分析算法粒子位移查问域互相关分析速度场互相关第一帧第二 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6PIV 实验的基本步骤实验的基本步骤uu开启系统，检查激光、开启系统，检查激光、CCDCCD、软件等是否正常；、软件等是否正常；uu预估测试区域的主流速度；预估测试区域的主流速度；uu设定设定两脉冲时间间隔两脉冲时间间隔和和脉冲延迟时间脉冲延迟时间；uu加入示踪粒子；加入示踪粒子；uu采集图像，实现采集图像，实现跨帧跨帧测量；测量；uu得到一定结果后，调节片光参数、照相机放大率、光圈和粒得到一定结果后，调节片光参数、照相机放大率、光圈和粒子浓度等参数提高图像质量；子浓度等参数提高图像质量；uu调试结束后，采集实验数据，拍摄调试结束后，采集实验数据，拍摄标尺图像标尺图像，进行后处理。，进行后处理。PIV 实验的基本步骤开启系统，检查激光、CCD、软件等是否 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6实现跨帧的实现跨帧的PIV CAM1030 的时的时序序实现跨帧的PIV CAM1030 的时序 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6U：测试平面内预估的主流速度M：CCD Camera的放大率，以每个像素代表的实际距离表示，m/pixel 在两个脉冲间隔粒子发生的位移，应小于1/4的查问域两脉冲时间间隔的确定两脉冲时间间隔的确定粗估实验前细估实验调试过程中U：测试平面内预估的主流速度两脉冲时间间隔的确定粗估实验 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6脉冲延迟时间的确定脉冲延迟时间的确定uu目的：实现跨帧目的：实现跨帧uu方法：观察一对图像方法：观察一对图像脉冲延迟时间的确定目的：实现跨帧 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6速度单位的转换速度单位的转换uu测量直接得到速度测量直接得到速度uu获得标尺图像获得标尺图像速度单位的转换测量直接得到速度 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6实验中需要注意的几个问题实验中需要注意的几个问题uu示踪粒子的选择和播撒示踪粒子的选择和播撒uu片光参数的调整片光参数的调整uu壁面反射光处理壁面反射光处理uu图像质量鉴别图像质量鉴别实验中需要注意的几个问题示踪粒子的选择和播撒 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6示踪粒子的选择和播撒示踪粒子的选择和播撒uu粒子的流动跟随性粒子的流动跟随性uu粒子的光散射率特性粒子的光散射率特性uu示踪粒子的分布浓度示踪粒子的分布浓度uu整体施放与局部施放整体施放与局部施放示踪粒子的选择和播撒粒子的流动跟随性 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6片光参数的调整片光参数的调整t:Thickness of the light sheet at the waist in mh:Height of the light sheet at the waist in mmD:Divergence of the light sheet in degreesSpherical100 mm200 mm500 mm1000 mm2000 mmCyl(mm)t(m)h(mm)D()t(m)h(mm)D()t(m)h(mm)D()t(m)h(mm)D()t(m)h(mm)D()-12.710.6 4119.9 218823.3 5323025.2 106 46625.9 212 93926-2510.6186.9214210.3 5311412106 23413212 47413-5021183.453545.5106 1146.2 212 2346.5-10053242.1106 542.7 2123.1-2005390.34 106 241.0 2121141.4 54片光参数的调整t:Thickness of the 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6壁面反射光的处理壁面反射光的处理uu前处理前处理避免激光与壁面相交避免激光与壁面相交外流测量外流测量壁面涂黑或壁面采用透明材料加工壁面涂黑或壁面采用透明材料加工内流测量内流测量uu后处理后处理使用图像处理软件对壁面附近区域进行处理使用图像处理软件对壁面附近区域进行处理发展消除壁面反射光的图像分析算法发展消除壁面反射光的图像分析算法uu使用使用PLIFPLIF方法方法能彻底消除反射光问题，请参考文献能彻底消除反射光问题，请参考文献134134壁面反射光的处理前处理 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6粒子图像质量的鉴别粒子图像质量的鉴别粒子图像粒子图像1 1粒子图像粒子图像2 2粒子图像质量的鉴别粒子图像1粒子图像2 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6实验结果处理实验结果处理uu工具：工具：Insight NT,TecplotInsight NT,Tecplot等等uu结果形式：瞬态速度场、时均速度场结果形式：瞬态速度场、时均速度场uu方法：选取典型图像对，尝试多种参数配置，确定方法：选取典型图像对，尝试多种参数配置，确定最优方案，然后进行批处理。最优方案，然后进行批处理。uu其他个性化的处理其他个性化的处理uu实验结果的误差分析实验结果的误差分析实验结果处理工具：Insight NT,Tecplot 等 生态环境与现代农业工程中心生态环境与现代农业工程中心2006-9-6Any Questions?Thanks for your attention!Thanks for your attention!Any Questions?Thanks for you