非定常三維複雜流動的單相機層析PIV測量系統研究

《非定常三維複雜流動的單相機層析PIV測量系統研究》是依託北京航空航天大學，由王晉軍擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：非定常三維複雜流動的單相機層析PIV測量系統研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：王晉軍
• 項目類別：專項基金項目

項目摘要

層析PIV技術作為最新的體PIV測量技術，通過MART算法有效解決了PIV體測量中示蹤粒子濃度不能太高的問題，使測量的空間解析度大大提高，並開始被套用於實驗測量。然而複雜的多相機實驗平台使得層析PIV測量成本高昂且操作困難，這些都限制它的套用推廣。為了使層析PIV具有更廣的適用性，能更好套用於非定常複雜三維流動的測量，項目將研製一種單相機層析PIV測量的系統。該系統包括實驗平台和數據處理軟體，在保證傳統層析PIV測量精度的前提下，僅利用一台相機實現時間解析的3D3C速度場測量。在簡化實驗平台的同時，系統將採用更為最佳化的層析PIV算法，數據處理實現並行計算和GPU硬體加速。同時，探索三維模態分解和三維旋渦辨識等針對3D3C實驗數據的流場診斷技術。最終，將利用單相機層析PIV系統實現湍流邊界層流動的多尺度測量，以驗證單相機層析PIV系統的可靠性和實用性。

結題摘要

由於層析PIV系統硬體複雜、成本高昂，本項目旨在保證精度的前提下,研製出一種僅用單台相機實現層析測量的簡化的層析PIV測量系統。項目立項計畫書中設定的研究目標為兩個方面：一是研發具有自主智慧財產權的單相機層析PIV 測量系統；二是將該項技術套用於湍流邊界層流動的測量。項目按計畫①完成了單相機層析粒子圖像測速（PIV）實驗平台的研製，對單相機層析PIV成像系統進行了參數影響規律的研究，提出了最優布置方案：單相機四複眼三維PIV測量系統。相較於之前的三複眼系統，其可重構區域面積提升了約60%左右。②提出了基於單相機層析PIV的數據處理方法，提高了體標定和粒子重構等方面的效率。③在數據處理加速方面，在數據處理軟體中引入了並行計算和GPU加速技術，極大地提高了數據處理的效率。④完成了系統數據處理軟體各模組的驗證與集成，形成了完整的單相機層析PIV數據處理軟體。⑤該技術已經套用渦環三維演化、邊界層內半球繞流結構、湍流邊界層結構等的研究，發現了一些新的現象。項目超額完成了研究計畫規定的任務，通過實驗驗證，單相機層析PIV系統的性能指標全部達到預定設計指標，關鍵技術指標處於國際領先水平。本項目所研究出的單相機層析PIV測量儀器的精確度高，可靠性強，且簡單易用成本低廉，可以為層析PIV測量技術的普及和發展提供助力。