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中国激光 2012年第6期39卷 184-192页

作者：李光勇杨岩重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室重庆400054

将数字全息粒子图像测速(DHPIV)技术应用于旋转流场的三维空间速度测量当中。提出了一种新的焦平面定位方法,即综合灰度梯度法,对数字全息中粒子的焦平面进行精确定位,获得了粒子的空间坐标。针对数字全息粒子图像测速技术中的粒子匹配... 详细信息

将数字全息粒子图像测速(DHPIV)技术应用于旋转流场的三维空间速度测量当中。提出了一种新的焦平面定位方法,即综合灰度梯度法,对数字全息中粒子的焦平面进行精确定位,获得了粒子的空间坐标。针对数字全息粒子图像测速技术中的粒子匹配问题,采取三维互相关算法对流场中的示踪粒子进行空间匹配。将基于综合灰度梯度法和三维互相关算法的数字粒子图像测速技术运用到旋转流场全息图中,获得了局部的三维可视化速度场,与理论模型吻合很好。结果表明,该技术能够很好地应用于旋转流场的测量研究当中。

关键词：测量数字全息术粒子图像测速综合灰度梯度法三维互相关粒子

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基于任意三维边界识别的复杂固体边界流场三维PIV测试技术研究

基于任意三维边界识别的复杂固体边界流场三维PIV测试技术研究

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作者：陈建上海交通大学

学位级别：硕士

在许多自然界和工程领域的研究中,流固耦合现象十分常见,例如鱼在游动时改变自身形态来减小运动阻力、航空发动机内叶栅和高温气体发生剧烈耦合振动现象等,精确测量复杂固体壁面附近的三维速度场,尤其是流固耦合实验研究中同步测量获取... 详细信息

在许多自然界和工程领域的研究中,流固耦合现象十分常见,例如鱼在游动时改变自身形态来减小运动阻力、航空发动机内叶栅和高温气体发生剧烈耦合振动现象等,精确测量复杂固体壁面附近的三维速度场,尤其是流固耦合实验研究中同步测量获取三维流场信息和固体结构的运动/变形特征,是剖析和解决这些复杂流动现象物理本质的关键。激光粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,简称PIV)由于具有可视化、全场性和非接触测量等优点,目前被广泛应用于流场实验测量研究中。然而,传统二维PIV技术由于不能准确区别流固耦合实验中的固体边界和示踪粒子,导致在固体边界附近区域的PIV计算中不能精确地划分互相关窗口,从而增大了这些区域速度场的计算误差。另外,在流固耦合问题的实验研究中,流体和固体的交界面其实是任意运动变形的三维边界,但是目前针对PIV测量中三维复杂边界的识别算法还不完善。因此,为了给复杂固体边界近壁流场以及进一步研究复杂的流固耦合问题提供实验方法,本文提出了一种精确测量任意三维物体边界的边界识别算法,该算法能够识别近壁流场测量中任意三维物体的边界信息;并同时应用了基于MLOS-SMART(Multiplicative Line Of Sight-Simultaneous Multiplicative Algebraic Reconstruction Techniques)三维粒子场重构及三维互相关算法的层析PIV算法计算近壁附近的三维速度矢量场,最终同步获取了三维物体结构的边界特征和近壁三维瞬态流场。首先,作者为了识别近壁流场中三维物体的复杂曲面边界,提出了基于SURF(Speeded Up Robust Features,加速稳健特征)模式识别算法的三维边界识别算法:(1)提取两张不同视角图像上具有显著特征的关键点,并对关键点进行特征描述,再利用最近邻匹配算法和对极线限制准则对关键点的特征描述进行准确匹配;(2)根据相机系统的标定矩阵基于三角化方法重构匹配对,得到空间点云分布,再利用Delaunay triangulation三角剖分算法对空间点云进行曲面重构,从而获得空间三维复杂曲面的几何形态。然后,采用双相机布置方式获取了三种已知不同曲率的圆柱曲面图像,经过了系统的验证分析,证明了本文所提出的三维边界识别算法的准确性。此外,本文还利用计算流体力学(CFD)方法计算的近壁圆柱绕流三维速度场,并结合四相机标定矩阵,数字合成了四组层析PIV粒子图像序列对,将提出的新算法应用于此数字合成PIV图像,最终获得了圆柱边界的三维形态以及边界附近的瞬态三维流场。通过将计算结果与已知圆柱曲率和CFD计算的近壁三维速度场对比,证明了三维边界识别算法和层析PIV算法的准确性,为复杂固体边界近壁流场测试以及流固耦合现象的进一步实验研究提供了一种有效的实验测量技术。

关键词：三维边界识别 SURF模式识别 MLOS-SMART粒子场重构三维互相关近壁圆柱绕流

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层析PIV图像重构优化及互相关分析

层析PIV图像重构优化及互相关分析

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第十二届全国流体力学学术会议

作者：张大鹏封明军黄浩钦周骛蔡小舒

层析PIV (Tomographic Particle Image Velocimetry)作为一种优秀的三维空间三维速度(three dimensions-three components,3D-3C)非接触式测量方法,近年来已成为最流行的PIV测速方法之一。层析PIV一般选用3～6台CCD相机对示踪粒子运动进行记录,根据所得图像中的像素灰度分布进行三维粒子场重构,并对重构的两帧之间的三维粒子场进行互相关分析,配合两帧间隔时间来获取速度场信息。在图像处理过程中,如何更加精确的对三维粒子场进行重构对于互相关分析以及结果精度的提升尤为重要。本文在三维粒子场重建过程中针对权重系数的计算问题,提出了一种基于体素投影面积的简化权重系数计算方法—正向投影面积法(Forward projection area method,FPAM),该方法可以结合目前所有主流重构算法(如MART、MLOS-MART、MLOS-SMART等),重建精度可达0.85以上,相比于其他权重系数计算方法,重建时间能够降低1个数量级以上,在保证重构精度的同时进一步提高了重建速度。配合快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform)互相关算法及亚体素分析,可以对复杂流道流场进行准确描述。

关键词：层析PIV 正向投影面积法三维重构三维互相关

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