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1、2014 年秋季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考 核 科 目 : 湍流脉动及时均速度的量测学生所在院系 : 市 政 环 境 工 程 学 院学生所在学科 : 供 热 、 供 燃 气 、 通 风 及 空 调 工 程学生姓名:范丽佳学号:13S027071学生类别:非定向考核结果阅卷人实验七 湍流脉动及时均速度的量测一实验目的1. 熟悉piv系统；2. 掌握PIV的测速原理；3. 利用PIV对瞬时流场进行测量。4. 掌握采用后处理软件对PIV测量结果进行分析的方法，特别是对湍流脉动和时 均速度的分析方法。二实验设备本实验设备采用PIV测量装置。图2.PIV设备组成图PIV测量装置的主要组成
2、部分如下：激光器：用于产生照亮被测区域的片光源，本实验中有两个激光发生源，但 都是沿着同一光路传播，投射到同一平面。CCD相机：拍摄被测区域的图像，并将其传至电脑中用于分析显示。 同步器：接收电脑发出的指令，控制两个激光器发光的时间以及频率，控制 CCD相机的曝光时间以及曝光频率使激光器和照相机能够同步，即发射激光的同 时，CCD相机执行拍摄动作。计算机处理系统：用于控制系统各个部分协调一致的工作，另外作为数据的 储存和显示的平台，以及计算机系统所带的软件可对所测的粒子分布图像进行后 处理得到瞬时流场和时均流场。三PIV测速原理在采用PIV技术进行实验的时候，首先在所测流场中播撒具有很好的跟随
3、性 和对光具有很好的散射性的示踪粒子，然后用光源系统提供的光束照射所测流场 通过同步控制系统控制光源及采集系统的工作时序，得到需要的图片，最后对采 集得到的图片采用图像处理系统分析得到测试流场的速度场。在己知的时间间隔 t内，流场中某一示踪粒子在二维平面上运动，它在X、 y两个方向的位移是时间t的函数。该示踪粒子所在处水质点的二维速度可以表示 为：dx (t) x(t + At) 一 x(t)_v 二沁vx dtAtxdy (t) y (t + At) - y (t)_v 沁vy dtAty式中，v、v为质点沿x、y方向的瞬时速度，v、v为质点沿x、y方向的平均速X yx y度， t出为测量的
4、时间间隔。式中，当At足够小时，v、v的大小可以精确地xy反映v、v。PIV技术就是通过测量示踪粒子的瞬时平均速度实现对二维流场的xy测量。实际后处理过程是将是视场按照查询区域进行处理，即如下图所示，将整个 视场分成不同的查询区域，然后对两幅图中查询区域内的粒子进行配对算出查询 区域内的平均速度作为该查询区域的矢量值，对所有的查询区域都进行计算就可 以得到整个流场。査词区運!81M- lmirrXlSwri图4. PIV原理图四PIV实验步骤1 清洗搅拌槽设备和反光测试2 调整视场3 调整片光源的位置与厚度4 检查灰度饱和状态5 同步测试6 调节相机焦距7 系统标定8 调整脉冲时间间隔进行实验
5、测量9.将测量数据进行后处理，包括湍流脉动分析以及时均流场分析。五.实验技巧1. 查询区需足够小以保证由该查询区计算的矢量能代表其内部流动2. 查询区内需包含十对以上粒子的图像3. 粒子在测量平面内的最大位移应小于查询区尺寸的1/44. 粒子在垂直于测量平面方向上的最大位移应小于片光源厚度的1/45. 查询区内粒子的最小位移应大于两倍的粒子图像直径6. 粒子图像的清晰度7. 示踪粒子良好的跟随性和散光性.六.实验总结 湍流、复杂流动、非定常流动等现象一直是流体力学中重要的研究对象及疑 难问题, 因此开发适于流体运动研究的方法与技术也始终是一个重要的课题。PIV技术作为一种全场、无扰、瞬时测速技术己经成为流体力学研究的一种 重要手段，其技术也已从二维发展至三维，并已应用于湍流的研究中。当前PIV 技术除了向三维和多相流方向发展外，如何提高PIV的测量精度以及缩短计算时 间仍然是目前研究的主要目标。可以预见，随着拓扑图论、神经网络、遗传算法、 模糊聚类、“正交动态规划”、光流分析技术等的应用以及计算机技术、激光技 术和CCD相机性能的发展，PIV技术也必将取得更大的发展与突破。
