spiv技術(shù)與示蹤粒子課件

SPIV技術(shù)與示蹤粒子SPIV技術(shù)與示蹤粒子SPIV技術(shù)SPIV系統(tǒng)的基本組成SPIV三維測(cè)速的基本原理測(cè)速的簡(jiǎn)單例子SPIV技術(shù)SPIV系統(tǒng)的基本組成測(cè)速的簡(jiǎn)單例子SPIV系統(tǒng)的基本組成Nd:YAG雙脈沖激光器同步器互/自相關(guān)CCD照相機(jī)高速圖像采集卡圖像分析處理軟件SPIV系統(tǒng)的基本組成Nd:YAG雙脈沖激光器對(duì)激光的要求及注意事項(xiàng)流場(chǎng)測(cè)試面激光片光平面xyA................................................................................................................................................................................................................................................

InterrogationArea目前的PIV，嚴(yán)格來說還只是2D，即對(duì)某個(gè)切面進(jìn)行測(cè)量SPIV：2D—3cPIV對(duì)激光的要求及注意事項(xiàng)流場(chǎng)測(cè)試面激光片光平面xyA...對(duì)激光的要求及注意事項(xiàng)片光形成光路

對(duì)激光的要求及注意事項(xiàng)片光形成光路對(duì)激光的要求及注意事項(xiàng)脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖時(shí)間間隔

約為5~8ns否則記錄的是軌跡200ns~幾秒

保證兩次曝光時(shí)間間隔內(nèi)還有足夠百分比的粒子仍在判讀小區(qū)內(nèi)，決定測(cè)速范圍對(duì)激光的要求及注意事項(xiàng)脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖時(shí)間間隔spiv技術(shù)與示蹤粒子ppt課件對(duì)激光的要求及注意事項(xiàng)片光厚度1.片光光強(qiáng)呈高斯分布

散射效率最大化，散射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)成正比2.保證在兩次曝光時(shí)間間隔內(nèi)有足夠百分比的粒子仍在片光內(nèi)。對(duì)激光的要求及注意事項(xiàng)片光厚度對(duì)激光的要求及注意事項(xiàng)激光的功率和單位脈沖能量

取決于觀測(cè)流場(chǎng)大小，粒子大小，流動(dòng)速度CCD相機(jī)靈敏度

一般：60~250mJ對(duì)激光的要求及注意事項(xiàng)激光的功率和單位脈沖能量對(duì)CCD照相機(jī)的要求分辨率

測(cè)速范圍，數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)幀率

普通相機(jī)：兩次曝光圖像記錄在同一幀

約30幀/s

跨幀相機(jī)：分別記錄，延時(shí)200ns~20μs

高速CMOS相機(jī)：實(shí)時(shí)測(cè)量，10000幀/s鏡面與CCD平面夾角可變對(duì)CCD照相機(jī)的要求分辨率SPIV三維測(cè)速的基本原理

立體攝影

通過多臺(tái)相機(jī)得到不同角度方向的圖像三維重建

笛卡爾空間到射影空間的坐標(biāo)變換SPIV三維測(cè)速的基本原理

立體攝影立體攝影1.透鏡平移法優(yōu)點(diǎn)：放大率為常數(shù)，無非線性畸變立體攝影1.透鏡平移法優(yōu)點(diǎn)：放大率為常數(shù)，無非線性畸變立體攝影2.透鏡傾斜法（同側(cè)）布局容易，但放大率對(duì)各個(gè)區(qū)域不同，需幾何校正立體攝影2.透鏡傾斜法（同側(cè)）布局容易，但放大率對(duì)各個(gè)區(qū)域不立體攝影2.透鏡傾斜法（異側(cè)）在流場(chǎng)之外測(cè)量，具有靈活性，可重復(fù)性高立體攝影2.透鏡傾斜法（異側(cè)）在流場(chǎng)之外測(cè)量，具有靈活性，可透鏡傾斜法透鏡傾斜法的光路

三面共線Scheimflug條件

透鏡傾斜法透鏡傾斜法的光路Scheimflug條件

成像規(guī)律物點(diǎn)（x，y）像點(diǎn)：

Scheimflug條件

成像規(guī)律Scheimflug條件如何實(shí)現(xiàn)：校準(zhǔn)靶(Calibrationtarget)代替實(shí)際片光然后調(diào)整CCD滿足Scheimflug條件判別方法：直接計(jì)算觀察成像亮度是否均勻運(yùn)用2D—PIV分析Scheimflug條件如何實(shí)現(xiàn)：SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論幾點(diǎn)說明

1.實(shí)際在由立體攝影得到的圖像求解三維速度向量時(shí)，PIV設(shè)備中都有現(xiàn)成的軟件。

2.用立體攝影，但是只關(guān)心二維速度向量被很多人采用。誤差小，簡(jiǎn)單可重復(fù)（不用反復(fù)對(duì)焦）。Z向速度分量會(huì)帶來誤差SPIV三維重建理論幾點(diǎn)說明示蹤粒子對(duì)示蹤粒子的要求

跟隨性，散射性，懸浮性等常見的示蹤粒子

液體流場(chǎng)，氣體流場(chǎng)示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒

液滴，固態(tài)粉末示蹤粒子對(duì)示蹤粒子的要求對(duì)示蹤粒子的要求

跟隨性：

Relaxationtime：粒徑越小，跟隨性越好。但是不能太小，不然布朗運(yùn)動(dòng)會(huì)影響實(shí)驗(yàn)精度一般情況：d=0.2μm~10μm（氣體）對(duì)示蹤粒子的要求

跟隨性：對(duì)示蹤粒子的要求散射性：

散射效率與下列因素有關(guān)：1.粒子和環(huán)境折射率的比值2.粒子大小3.粒子形狀4.散射方向D<λ：RayleighscatteringregimeD>λ：Mie’sScatteringTheory對(duì)示蹤粒子的要求散射性：散射性

1μmoilparticleinair散射性1μmoilparticleinair散射性10μmoilparticleinair散射性10μmoilparticleinair散射性粒徑越大，散射性能越好由于照明光強(qiáng)有限，CCD器件的感光靈敏度和空間分辨率有限，要將粒子圖像記錄下來，要求粒子直徑越大越好0，90，180下散射強(qiáng)度一般比較大

實(shí)際常常選擇90度，即垂直片光方向。散射性粒徑越大，散射性能越好對(duì)示蹤粒子的要求懸浮性：

主要是密度與流體密度相比較，當(dāng)然是越相近越好。否則要考慮沉浮速度的問題。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求合理選擇粒子FOV，激光強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)段風(fēng)速，非定常等

對(duì)渦流動(dòng)，還要考慮離心力的影響，慣性（質(zhì)量）不能過大，不然會(huì)出現(xiàn)“黑洞現(xiàn)象”。對(duì)示蹤粒子的要求懸浮性：常見示蹤粒子Forliquidflow：

常見示蹤粒子Forliquidflow：常見示蹤粒子Forgasflow：常見示蹤粒子Forgasflow：常見示蹤粒子MaterialDensity(g/ml)Refractionindex(20℃)Polystyrene（聚苯乙烯）1.051.59甘油（glycerin）1.23161.47Dioctylphthalate（鄰苯二甲酸二辛酯）0.983-0.9851.486-1.487丙二醇1.05971.4398硅油約為11.4-1.5癸二酸二異辛酯(DEHS)0.913-0.9191.449-1.452密度及折射率常見示蹤粒子MaterialDensity(g/ml)Ref示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒液滴：

兩類方法：

蒸發(fā)冷凝高壓氣流沖擊特點(diǎn)：

粒徑小，但是不穩(wěn)定，易冷凝，易污染視窗示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒液滴：液態(tài)粒子Laskinnozzle：1μm左右

液態(tài)粒子Laskinnozzle：1μm左右示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒固體粉末：

射流或者旋風(fēng)分離器

特點(diǎn)：

粒子很穩(wěn)定，但是容易產(chǎn)生聚集

如何防止固體粉末聚集成團(tuán)是關(guān)鍵

聚集的影響因素：

濕度，表面摩擦系數(shù)等

示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒固體粉末：固態(tài)粒子Fluidizedbedseedingdevice依靠出口的強(qiáng)勁氣流將固體粉末打散固態(tài)粒子Fluidizedbedseedingdevi示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒氦氣泡：1~3mm

粒徑越大，散射性越好，但跟隨性和懸浮性越差。氦氣泡在增大直徑時(shí)，密度顯著減小，一舉兩得。泡沫液成分：

水，甘油，肥皂示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒氦氣泡：1~3mm粒徑越大，散射性越好，示蹤粒子投放的注意點(diǎn)粒子濃度：n粒子對(duì)數(shù)，多于4~12n太大，記錄的是粒子群的散斑圖像（LSV）n太小，跟蹤單個(gè)粒子（PTV）

示蹤粒子投放的注意點(diǎn)粒子濃度：PIV的發(fā)展方向Micro—PIV將PIV運(yùn)用到微觀領(lǐng)域Time—resolvedPIV

實(shí)時(shí)，定量，三維記錄流場(chǎng)信息

運(yùn)用高速攝影裝置，如CMOSCamera