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题名基于PIV技术的压力场重构算法实现与研究
被引量：6
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作者
刘顺
徐惊雷
俞凯凯
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机构
南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室
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出处
《实验流体力学》
CAS
CSCD
北大核心
2016年第4期56-65,共10页
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文摘
介绍了有限容积法、直接积分法和Poisson方程法3种基于PIV瞬时速度场重构压力场的基本原理以及相应的计算方法,选取管流突扩流场和偏置方块绕流流场两个不可压缩流场的瞬时速度场数据,采用上述3种压力场重构算法,分别研究了图像噪声、速度场精度、插值算法以及边界条件的类型与精度对重构压力场的影响。最后针对管流突扩过程第20ms的流场,给出了3种重构算法下的压力场云图以及对应的CFD模拟结果。研究表明,有限容积法和直接积分法容易受到噪声的影响而产生剧烈震荡,但是可以在较大的速度场误差范围内保持较高的精度,通过采用双线性插值可以获得更高精度的重构压力场;Poisson方程法不易受到噪声的影响而产生震荡,同时在高精度PIV速度场下的优势较为突出,通过采用双三次差值可以获得更高精度的重构压力场;混合边界条件仅仅测定边界上有限个点的压力值,就获得了接近狄利克雷边界条件下重构压力场的精度,远高于诺依曼边界条件;边界条件的误差严重降低重构压力场的精度,其影响程度比速度场误差还要大。
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关键词
PIV
速度场
重构压力场
POISSON方程
黎曼迭代
边界条件
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Keywords
PIV
velocity fields
reconstructed pressure fields
Poisson equation
Riemann iteration
boundary conditions
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分类号
V211.71
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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题名基于简易PIV的圆柱绕流压力场重构
被引量：5
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作者
余英俊
胡晓
石小涛
柯森繁
张永年
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机构
三峡大学水利与环境学院
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出处
《长江科学院院报》
CSCD
北大核心
2019年第6期42-48,53,共8页
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基金
国家自然科学基金项目(51609125)
三峡库区生态环境教育部工程研究中心开放基金项目(2015KF-03)
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文摘
采用简易粒子成像测速仪(PIV)装置测量入口流速为14.3cm/s时圆柱绕流的速度场,运用有限容积法和直接积分法重构压力场。对比Fluent模拟速度场结果,分析简易PIV的速度场测量误差;对比Fluent模拟压力场结果,分析基于Fluent模拟速度场以及PIV实测速度场的不同算法重构压力场误差。结果表明:在简易PIV系统中,摄像机采用适合的空间分辨率与时间分辨率能有效减小速度场测量误差。基于Fluent模拟速度场数据,当给定第一边界条件时,有限容积法的压力场重构误差小于直接积分法,均方根误差分别为1.73%,8.99%;基于PIV实测速度场,有限容积法的压力场重构误差大于直接积分法,均方根误差分别为26.58%,12.72%;降低速度场误差与获取准确的边界条件均能有效提高压力场重构精度。通过采用低成本的PIV装置,探究获取流体的瞬态压力场重构方法,降低了PIV中重构压力场的成本。
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关键词
压力场重构
PIV
速度场
有限容积法
直接积分法
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Keywords
reconstructed pressure field
PIV
velocity field
finite volume method
direct integral method
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分类号
TV131.2
[水利工程—水力学及河流动力学]
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题名二尖瓣置换影响左心室流场的体外实验研究
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作者
何心怡
冯舒毅
吴凡
张兴潮
王洪平
王士召
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机构
中国科学院大学工程科学学院
中国科学院力学研究所非线性力学全国重点实验室
中国医学科学院阜外医院&北京协和医学院
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出处
《力学学报》
北大核心
2025年第6期1504-1514,共11页
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基金
国家自然科学基金项目资助(11988102和12072348).
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文摘
二尖瓣置换术是通过植入人工机械瓣或生物瓣替换病变原生瓣膜的重要外科治疗手段.本研究通过体外实验平台,系统探究了生物瓣与机械瓣置换对左心室血流动力学的影响,重点关注涡流结构与压力分布的差异.实验采用基于成人心脏CT数据重建的3D打印的硅胶左心室模型,结合完整保留的动物原生二尖瓣、瓣下结构(包括腱索与乳头肌)和主动脉,构建了近生理条件的体外循环模拟系统.通过三维层析粒子图像测速技术(Tomo PIV)对4种工况(原生瓣、生物瓣和相对于原生瓣膜平行/垂直放置的机械瓣)的流场进行高分辨率三维动态测量,并结合基于物理信息神经网络(PINN)的曲面动边界压力场重构技术,定量分析了不同瓣膜对左心室血流动力学参数的影响.实验结果显示,生物瓣在舒张期形成与原生瓣方向一致的完整涡环结构,但其射流速度显著高于原生瓣(0.93 vs.0.62 m/s),舒张末期心室壁面仍维持较高的压力梯度,可能增加流体对心室壁的作用力.机械瓣虽保持与原生瓣相近的跨瓣压差,但其双叶设计引发3股射流相互作用,导致涡流方向逆转且流场复杂度显著增加,尤其在垂直放置时涡量分布呈现明显不对称性.此外,两类人工瓣膜均未能使涡结构充分延伸拓展至心尖区域,可能增加血液滞留与血栓风险.原生瓣膜则表现出最优的血流效率,流体在舒张期充分冲刷心尖区域,减少了血流在心尖处停滞时间.本研究结合了Tomo PIV与PINN技术,突破了传统压力场重构方法在曲面动边界条件下的局限性,实现了人工瓣膜置换后左心室三维流场与压力场的同步动态解析.研究结果为临床瓣膜选型提供了血流动力学依据:与机械瓣相比,生物瓣更有利于维持有序流场,但需关注其高剪切应力对血细胞的潜在损伤;机械瓣虽耐久性更佳,但复杂流场可能加剧心室不良重塑.未来研究将进一步纳入个体化解剖变异与病理参数,以优化瓣膜设计并提升长期手术预后.
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关键词
左心室血流动力学
二尖瓣置换
三维层析粒子图像测速技术
物理信息神经网络
压力场重构技术
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Keywords
left ventricle hemodynamics
mitral valve replacement
tomographic particle image velocimetry
physicsinformed neural networks
pressure field reconstruction
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分类号
O35
[理学—流体力学]
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