基本介紹
- 中文名：粒子圖像測速
- 外文名：Particle image velocity measurement
- 本質：一種圖像分析技術
- 學科：物理學
- 優點：實現全流場瞬態和無擾測量等
- 套用：粒子測速和圖像測速等方面
發展背景,定義,基本原理,優點,套用,
發展背景
湍流、複雜流動、非定常流動等現象一直是流體力學中重要的研究對象及疑難問題，因此開發適於流體運動研究的方法與技術也始終是一個重要的課題。早期發明的熱線熱膜流速計（HWFA）至今已有80 多年的歷史，曾經為流動測量特別是湍流的研究立下過汗馬功勞。這項技術的最大缺點是接觸式測量，對流場有較大的干擾。20世紀60年代發展起來的雷射都卜勒測速儀（簡稱LDV），利用流場中粒子的Mie散射，測量散射光對原入射光的都卜勒頻移量，計算粒子的運動速度，實現了對流場的無接觸測量。這種技術具有極好的時間解析度和空間分辨力，可做三維測速，已經成為流速測量的標準技術並得到了廣泛套用。然而，它和熱線流速儀一樣，都只是單點測量技術，難以實現對流場的全場、瞬態測量。20世紀80年代發展起來的粒子圖像測速技術則是在流動顯示的基礎上，充分吸收現代計算機技術，光學技術以及圖像分析技術的研究成果而成長起來的最新流動測試手段。它不僅能顯示流場流動的物理形態，而且能夠提供瞬時全場流動的定量信息，使流動可視化研究產生從定性到定量的飛躍。
定義
粒子圖像測速技術是在傳統流動顯示技術基礎上，利用圖形圖像處理技術發展起來的一種新的流動測量技術。綜合了單點測量技術和顯示測量技術的優點，克服了兩種測量技術的弱點而成的，既具備了單點測量技術的精度和解析度，又能獲得平面流場顯示的整體結構和瞬態圖像。
粒子圖像測速，是一種用多次攝像以記錄流場中粒子的位置，並分析攝得的圖像，從而測出流動速度的方法。
基本原理
在流場中布撒示蹤粒子，並用脈衝雷射片光源入射到所測流場區域中，通過連續兩次或多次曝光，粒子的圖像被記錄在底片上或CCD相機上。採用光學楊氏條紋法、自相關法或互相關法，逐點處理PIV底片或CC 記錄的圖像，獲得流場速度分布。因採用的記錄設備不同，又分別稱FPIV（用膠片作記錄）和數字式圖像測速DPW（用CCD相機作記錄）。
優點
粒子圖像測速技術的突出優點表現在：（1）是一種非接觸式流動測量方法，突破了空間單點測量（如LDV）的局限性，實現了全流場瞬態測量；（2）實現了無擾測量，而用畢託管或HWFV等儀器測量時對流場都有一定的干擾；（3）容易求得流場的其他物理量，由於得到的是全場的速度信息，可方便的運用流體運動方程求解諸如壓力場、渦量場等物理信息。因此，該技術在流體測量中占有重要的地位。
