论文部分内容阅读
在激光流场测量中,数字粒子图像测速技术(简称DPIV)凭借其无扰、瞬态、全场速度测量等优点已经成为测量二维流场的最为成熟的方法。然而,目前国内外对DPIV的研究都没有解决高速复杂结构流场的全场测量问题。为此,本文针对传统的测量系统和测量方法中存在的关键技术问题展开了深入研究,并主要从软件方面对DPIV系统的图像分析与处理进行了设计和开发,通过处理拍摄的模拟流场实验中示踪粒子的位移图像初步验证了软件的实用性。同时,本论文还为DPIV系统中示踪粒子的选择提供了理论依据。本论文的工作内容和创新之处在于:(1)以米氏(Mie)光散射理论和流体力学理论为基础,系统研究了示踪粒子的光散射特性以及流体跟随性。针对湍流,本文通过采用频谱分析法得到了BBO方程分别适用于液体流场和气体流场的简便实用的近似解,从而为DPIV应用于复杂结构流场测量中示踪粒子的直径选择提供了理论依据。(2)在系统的硬件研究中,在光源部分使用三种不同波长且时间上完全独立的脉冲激光器;在图像记录部分使用3个独立的CCD相机采集流场的二维数字灰度图像,从根本上解决了由跨帧技术造成的DPIV可测流速度极限问题。此外,在三个激光脉冲的时序控制上,设置两个不同时间间隔⊿t1和⊿t2的方案,从而达到有效增大DPIV系统的动态测速范围和提高全场测量精度的目的。(3)在系统的软件(图象处理方法)开发上,对传统的互相关分析法进行了改进,即通过进一步缩小分析区域、缩短搜索路径以及在图像处理中引入高斯曲线拟合和矢量修正等算法来提高互相关分析的效率和精度。设计并编写了程序流程图,还利用计算机编程语言VC 6.0编写了适于DPIV图像处理的软件界面及相应的算法程序。(4)利用自行编写的图像处理软件对实际拍摄的模拟流场实验中示踪粒子的位移图像进行了处理,从而初步验证了软件的实用性。