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Stereo particle image velocimetry measurement of 3D soil deformation around laterally loaded pile in sand 被引量:6
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作者 袁炳祥 谌文武 +2 位作者 姜彤 汪亦显 陈科平 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第3期791-798,共8页
A developed stereo particle image velocimetry(stereo-PIV) system was proposed to measure three-dimensional(3D) soil deformation around a laterally loaded pile in sand.The stereo-PIV technique extended 2D measurement t... A developed stereo particle image velocimetry(stereo-PIV) system was proposed to measure three-dimensional(3D) soil deformation around a laterally loaded pile in sand.The stereo-PIV technique extended 2D measurement to 3D based on a binocular vision model,where two cameras with a well geometrical setting were utilized to image the same object simultaneously.This system utilized two open software packages and some simple programs in MATLAB,which can easily be adjusted to meet user needs at a low cost.The failure planes form an angle with the horizontal line,which are measured at 27°-29°,approximately three-fourths of the frictional angle of soil.The edge of the strain wedge formed in front of the pile is an arc,which is slightly different from the straight line reported in the literature.The active and passive influence zones are about twice and six times of the diameter of the pile,respectively.The test demonstrates the good performance and feasibility of this stereo-PIV system for more advanced geotechnical testing. 展开更多
关键词 particle image velocimetry digital image correlation stereo particle image velocimetry laterally loaded pile scaledmodel 3D soil deformation soil-structural interaction
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Strain field investigation of limestone specimen under uniaxial compression loads using particle image velocimetry 被引量:3
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作者 徐金明 程昌宏 陆海平 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2011年第5期1619-1625,共7页
The particle image velocimetry (PIV) method was used to investigate the full-field displacements and strains of the limestone specimen under external loads from the video images captured during the laboratory tests.Th... The particle image velocimetry (PIV) method was used to investigate the full-field displacements and strains of the limestone specimen under external loads from the video images captured during the laboratory tests.The original colorful video images and experimental data were obtained from the uniaxial compression test of a limestone.To eliminate perspective errors and lens distortion,the camera was placed normal to the rock specimen exposure.After converted into a readable format of frame images,these videos were transformed into the responding grayscale images,and the frame images were then extracted.The full-field displacement field was obtained by using the PIV technique,and interpolated in the sub-pixel locations.The displacement was measured in the plane of the image and inferred from two consecutive images.The local displacement vectors were calculated for small sub-windows of the images by means of cross-correlation.The video images were interrogated in a multi-pass way,starting off with 64×64 images,ending with 16×16 images after 6 iterations,and using 75% overlap of the sub-windows.In order to remove spurious vectors,the displacements were filtered using four filters:signal-to-noise ratio filter,peak height filter,global filter and local filter.The cubic interpolation was utilized if the displacements without a number were encountered.The full-field strain was then obtained using the local least square method from the discrete displacements.The strain change with time at different locations was also investigated.It is found that the normal strains are dependant on the locations and the crack distributions.Between 1.0 and 5.0 s prior to the specimen failure,normal strains increase rapidly at many locations,while a stable status appears at some locations.When the specimen is in a failure status,a large rotation occurs and it increases in the inverse direction.The strain concentration bands do not completely develop into the large cracks,and meso-cracks are not visible in some bands.The techniques presented here may improve the traditional measurement of the strain field,and may provide a lot of valuable information in investigating the deformation/failure mechanism of rock materials. 展开更多
关键词 rock materials LIMESTONE video image strain field uniaxial compression particle image velocimetry
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Flow characteristics by particle image velocimetry in liquefied natural gas vaporizer model with several baffles 被引量:1
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作者 H.S.Chung S.M.Sayeed-Bin-Asad +2 位作者 Berkah Fajar Y.H.Shin H.M.Jeong 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2011年第5期1719-1725,共7页
Shell-and-tube vaporizers are the most commonly used and dominated types of vaporizers in liquefied natural gas (LNG) realm. Due to efficient performance, shell-side flow in this type of vaporizers has received cons... Shell-and-tube vaporizers are the most commonly used and dominated types of vaporizers in liquefied natural gas (LNG) realm. Due to efficient performance, shell-side flow in this type of vaporizers has received considerable attention and has been investigated extensively. However, the detailed flow structure in the shell needs to be determined for reliable and effective design. Therefore, the objective of this study was to clarify the flow structure in shell by particle image velocimetry (PIV). Experiments were conducted using two types of model; 15% baffle cut having inlet and outlet positions !n the direction of 90° to the cut and 30% baffle cut having inlet and outlet positions in the direction of 180° to the cut. Each test section is 169 mm in inner diameter and 344.6 mm in length. The flow features were characterized in different baffle cuts with regards to the velocity vector field and velocity distribution. The results show that the flow characteristics of 15% baffle cut type vaporizer are comparable to those of 30% baffle cut type vaporizer. 展开更多
关键词 particle image velocimetry liquefied natural gas VAPORIZER VORTEX TURBULENCE
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Experimental study on movement of particles in centrifugal impeller 被引量:4
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作者 GU Lei NI Fusheng +1 位作者 XU Liqun LIU Mingxing 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期191-196,共6页
The slurry pump is the key component of a dredger. Solid particles have strong influence on the performance of a slurry pump. The movement of solid particles in a centrifugal impeller was studied using particle image ... The slurry pump is the key component of a dredger. Solid particles have strong influence on the performance of a slurry pump. The movement of solid particles in a centrifugal impeller was studied using particle image velocimetry(PIV) measurement. The experiments were conducted in a dredging pump model at Hohai University. Some transparent glass spheres with diameter of 0. 2-0. 4 mm were used as solid particles. The concentration and relative velocities of the particles were analyzed to investigate the particle trajectory. The results show that the concentration of the particles on the pressure surfaces of the blades is higher than on the suction surfaces,and the particles tend to move towards the suction surfaces. Moreover,the particles have faster relative velocities than the liquid phase through the flow channels of the impeller. 展开更多
关键词 CENTRIFUGAL IMPELLER MOVEMENT of particleS concentration relative VELOCITIES particle image velocimetry(PIV)
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强自发光高速侵蚀模拟环境粒子速度场测量
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作者 王宏伟 黄湛 +4 位作者 张骞 李晓辉 石伟龙 任少洁 康国剑 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第5期1-10,共10页
以电弧加热器为代表的粒子侵蚀模拟环境具有速度高、温度高、自发光强度大的特点,粒子速度场测量难度增加。针对高速飞行器头部/发动机喉道侵蚀环境模拟中粒子速度场的测量需求,本文通过引入窄带滤光片实现粒子散射光的滤波光谱分离,大... 以电弧加热器为代表的粒子侵蚀模拟环境具有速度高、温度高、自发光强度大的特点,粒子速度场测量难度增加。针对高速飞行器头部/发动机喉道侵蚀环境模拟中粒子速度场的测量需求,本文通过引入窄带滤光片实现粒子散射光的滤波光谱分离,大幅抑制由电弧加热器高温气流产生的自发光干扰,由此获得高速运动条件下的高信噪比粒子图像,进而发展建立了高温强自发光流动粒子速度测量技术。基于该技术,在总温范围为2150~3570 K条件下,对平均名义粒径分别为20、50μm的Al_(2)O_(3)粒子和石墨粒子开展了粒子速度场测量。结果表明:对于同种粒子材料,总焓提升可以有效提升侵蚀粒子的出口速度分布,其中Al_(2)O_(3)粒子在2150、2770、3570 K条件下的出口平均速度峰值分别为1302、1421、1527 m/s;对比分析发现,石墨粒子虽然具有较大直径,但因其密度较低,出口平均速度峰值可达1539 m/s;侵蚀粒子射流出口速度流向平均值沿径向(x方向)的分布近似正态分布;由于电弧加热器出口流场为自由大气环境,侵蚀模拟射流存在明显的低速剪切边界,剪切边界跨度最小为35.5 mm、最大为45 mm。通过系统对比不同来流条件下出口粒子速度分布和涡量分布,本文揭示了射流边界特性,为粒子侵蚀试验的精细化评估提供了数据支撑。 展开更多
关键词 自发光干扰 粒子侵蚀 电弧加热器 速度场测量 粒子图像测速 窄带滤光
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气动软体致动器驱动的仿生鱼尾设计及试验
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作者 王淑坤 王锦昊 +1 位作者 郑龙 董越华 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第5期149-155,共7页
针对鱼类的C形起动行为,以具有新月形尾鳍的金枪鱼尾部为仿生模本,设计了一款采用气动纤维约束软体致动器驱动的单关节仿生鱼尾,给出了纤维约束软体致动器与无纤维约束软体致动器的伸缩性能对比。借助数字粒子图像测速技术对不同气压驱... 针对鱼类的C形起动行为,以具有新月形尾鳍的金枪鱼尾部为仿生模本,设计了一款采用气动纤维约束软体致动器驱动的单关节仿生鱼尾,给出了纤维约束软体致动器与无纤维约束软体致动器的伸缩性能对比。借助数字粒子图像测速技术对不同气压驱动下的仿生鱼尾C形起动过程进行流场可视化试验,通过涡环冲量计算,定量分析了推进能力的影响因素。结果表明:研究范围内,仿生鱼尾在进行C形起动时所产生的涡环冲量随摆动周期的减小而增加,同时受摆动角度的影响,在达到最佳摆动角度前,涡环冲量随输出气压的增加而增大,超过最佳摆动角度后开始上下波动并趋于稳定。 展开更多
关键词 工程仿生学 气动软体致动器 仿生鱼尾 数字粒子图像测速技术 C形起动
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弹性管自激振荡的实验研究
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作者 夏振炎 赵紫豪 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期610-618,共9页
为研究弹性管自激振荡现象的发生机理与运动规律,以应用到生物医疗等领域,本文通过采用粒子图像测速技术(PIV),进行了104组不同工况的实验测量,包括不同液体、不同流速、不同外部压强等流场条件,得到了各种工况的速度信号和压强信号.采... 为研究弹性管自激振荡现象的发生机理与运动规律,以应用到生物医疗等领域,本文通过采用粒子图像测速技术(PIV),进行了104组不同工况的实验测量,包括不同液体、不同流速、不同外部压强等流场条件,得到了各种工况的速度信号和压强信号.采用流场分析,压强能谱分析,速度能谱和本征正交分解分析的方法,研究了不同条件对自激振荡的影响.通过分析比较,发现各方法结果一致性较好,实验获得了弹性管自激振荡发生参数条件分布图,详细分析了该实验条件下流场发生转捩的运动过程.研究了引发自激振荡前后流场的能谱变化、压强波动和流动结构时空演化规律,讨论了自激振荡各工况流场速度模态分解与重构的运动特征,给出了流场外部条件对自激振荡的影响规律,得出的结论可应用于流固耦合领域以及医疗领域. 展开更多
关键词 自激振荡 粒子图像测速 能谱分析
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用于粒子图像测速的30×荧光探测显微镜研制
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作者 娄泰袁葛 郭程祥 +2 位作者 杨童 杨磊 谢洪波 《光子学报》 北大核心 2025年第3期196-206,共11页
为了解决目前产品化的显微镜无法满足显微粒子图像测速系统对于复消色差长工作距和集成化要求的问题,研究了长工作距复消色差物镜的设计原理,布局照明与成像结构,得到集成化的显微镜系统。采用折射设计和无限远校正结构,设计了一款具有3... 为了解决目前产品化的显微镜无法满足显微粒子图像测速系统对于复消色差长工作距和集成化要求的问题,研究了长工作距复消色差物镜的设计原理,布局照明与成像结构,得到集成化的显微镜系统。采用折射设计和无限远校正结构,设计了一款具有30倍放大率、数值孔径为0.35、工作波长位于可见光波段且工作距离为17.3 mm的平场复消色差显微物镜。其整体成像性能接近衍射极限。基于光学设计进行加工与装调后,使用仪器进行实验。粒子成像与测速实验结果表明,系统可对直径为1μm的粒子清晰成像,测量速度偏差与理论模拟值偏差在6%以内,说明显微镜系统设计具有可行性,集成化的仪器表现良好。 展开更多
关键词 光学设计与制造 几何光学 显微镜 探测 成像系统 粒子图像测速
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粒子图像测速技术优化设计盲端扰流器
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作者 高金良 李坤仪 +6 位作者 王全 齐世华 田园 于景洋 刘仁涛 陈健勋 丁言琛 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第6期35-42,共8页
针对中国城镇供水管网中存在的盲端支管污染问题,提出安装扰流器的创新解决方案。通过粒子图像测速技术,系统研究扰流器对低雷诺数湍流中盲端支管内污染物扩散的影响及控制效果,并对其设计参数进行优化。结果表明:扰流器能够在盲端支管... 针对中国城镇供水管网中存在的盲端支管污染问题,提出安装扰流器的创新解决方案。通过粒子图像测速技术,系统研究扰流器对低雷诺数湍流中盲端支管内污染物扩散的影响及控制效果,并对其设计参数进行优化。结果表明:扰流器能够在盲端支管与干管交界处形成空腔结构,显著改变干管来流路径与流动模式,降低盲端支管内旋转强度,减弱掺混效果;扰流器的设计参数包括倾斜角度、高度和宽度,安装位置对控制效果具有显著影响;倾斜角度为30°、高度较大、宽度更大的扰流器以及安装在干管前缘的位置更能有效抑制污染物向干管扩散。本研究为供水管网水质保障与运营管理提供了新的思路和方法,对维护居民用水安全具有重要意义。 展开更多
关键词 供水管网 盲端 扰流器 粒子图像测速技术 水质改善
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不同类型主动脉瓣偏心放置下瓣后流场特性的粒子图像测速实验研究
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作者 韩恩慧 侯倩文 +5 位作者 肖洋 孟雅娜 魏海洋 江誉 胡建军 周建业 《医用生物力学》 北大核心 2025年第1期25-33,共9页
目的探究不同类型人工主动脉瓣膜的偏心放置对瓣后流场的影响。方法建立体外脉动循环模拟系统,利用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)实验分别研究生物瓣和机械瓣在居中放置(0 mm)及偏心放置(1 mm)两种情况下瓣后流场变化,... 目的探究不同类型人工主动脉瓣膜的偏心放置对瓣后流场的影响。方法建立体外脉动循环模拟系统,利用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)实验分别研究生物瓣和机械瓣在居中放置(0 mm)及偏心放置(1 mm)两种情况下瓣后流场变化,通过速度、涡度及黏性剪切应力血流动力学参数对流场状态进行评估。结果通过分析瓣膜在收缩早期、加速期、峰值期及减速期4个特征时刻的流场变化,发现生物瓣和机械瓣的流场分布存在显著差异,生物瓣为中心射流左右对称,流速较大;机械瓣呈现三孔射流,中心流速较低。在偏心放置的情况下,两种瓣膜窦部区域血流缓慢,平均流速降低,不利于涡流的形成和维持。心动周期峰值期生物瓣和机械瓣窦部最大黏性剪切应力分别为0.45、0.67 Pa,接近内皮细胞损伤阈值。结论机械瓣和生物瓣在偏心放置情况下会导致窦部血流速度降低,黏性剪切应力减小,从而为血栓形成创造了有利条件。临床手术中应注意瓣膜置换的位置,避免出现偏心放置的情况。 展开更多
关键词 主动脉瓣 粒子图像测速 偏心放置 血流动力学
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基于超构透镜的实验力学测试技术初探
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作者 张炜 赵洲 +3 位作者 嵇煜 曾飞 陈沐谷 施圣贤 《力学学报》 北大核心 2025年第2期349-360,共12页
超构透镜是一种新兴的平面纳米光学元件,具有超薄、超轻的显著优点以及对入射光高度灵活的调控能力,正逐步展现出替代传统光学透镜的潜质.当前,有关超构透镜的研究集中于其光学性能提升及超材料迭代等,鲜有研究尝试将超构透镜应用于传... 超构透镜是一种新兴的平面纳米光学元件,具有超薄、超轻的显著优点以及对入射光高度灵活的调控能力,正逐步展现出替代传统光学透镜的潜质.当前,有关超构透镜的研究集中于其光学性能提升及超材料迭代等,鲜有研究尝试将超构透镜应用于传统力学测试领域,且超构透镜在先进光学诊断技术中的应用前景尚不明确.文章据此分别介绍了基于自主设计的双目超构透镜的粒子图像测速技术(Meta-PIV)以及数字图像相关技术(Meta-DIC)及其前期研究结论,并分别开展了实验验证,结果表明:经雷诺数为2000的涡环实验验证,所提出的双目超构透镜PIV系统可以实现2D-3C速度场的测量,并具有时间分辨的流动分析能力.涡环验证实验中,Meta-PIV系统对涡环直径的测量误差约为1.25%;基于双目超构透镜的DIC测试系统可以实现对目标X,Y和Z三方向的位移与应变场测量,测量精度与传统Stereo-DIC系统相比误差低于10%,且在Y方向测量误差低于1%.涉及的研究工作旨在为超构透镜在力学测试领域的应用提供新思路,并为后续研究提供参考数据. 展开更多
关键词 超构透镜 粒子图像测速 数字图像相关 光场成像 三维测量
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基于三维卷积编码和MLP解码的无监督三维粒子场重建方法
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作者 张端宇 周骛 +1 位作者 封明军 蔡小舒 《上海理工大学学报》 北大核心 2025年第4期414-421,共8页
深度学习技术的迅猛发展激发了一些新的方法来解决层析粒子图像测速的三维重建问题。针对有监督深度学习方法需要大量的真值数据,以及仿真数据集与实验场景一致性的问题,提出了基于三维卷积编码和MLP解码的无监督粒子重建算法,命名为MLO... 深度学习技术的迅猛发展激发了一些新的方法来解决层析粒子图像测速的三维重建问题。针对有监督深度学习方法需要大量的真值数据,以及仿真数据集与实验场景一致性的问题,提出了基于三维卷积编码和MLP解码的无监督粒子重建算法,命名为MLOS-CNN-MLP。该方法首先利用MLOS算法,从多视角二维图像生成初始三维光强分布,然后通过三维卷积编码提取特征并构建神经编码体,再采用MLP解码回归精确的三维光强分布。与有监督学习方法使用真值数据不同,MLOS-CNN-MLP通过投影函数对重建的光强分布进行不同视角的投影,并与原始二维图像进行比较,建立损失函数,这使得整个网络训练不需要真值数据从而实现无监督学习。在仿真数据集上的验证结果表明,所提出的无监督粒子重建算法在实验常用粒子浓度下的重建精度可达到0.95,远高于传统的代数重建技术。进一步对比不同粒子浓度和噪声鲁棒性方面的性能,该方法的重建质量也均优于传统的代数重建技术,并且计算速度至少快了一个数量级。 展开更多
关键词 层析粒子图像测速 三维重建 无监督学习 神经网络
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基于时空粒子图像的管道流速测量方法及验证
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作者 吴家星 王浩 +3 位作者 许帅 朱瑶勇 周朱晶 明晓 《中国测试》 北大核心 2025年第1期105-110,共6页
管道流速测量除了得到流动方向的平均速度,有时还需要得到垂直流动方向的速度分布。该文提出一种新的光学非接触测量方法——一维粒子图像测速法(one-dimensional particle image velocimetry,1D-PIV),利用垂直于流动方向粒子的一维空... 管道流速测量除了得到流动方向的平均速度,有时还需要得到垂直流动方向的速度分布。该文提出一种新的光学非接触测量方法——一维粒子图像测速法(one-dimensional particle image velocimetry,1D-PIV),利用垂直于流动方向粒子的一维空间信息和时间信息构建时空状态矩阵,相关上下游两处时空状态矩阵即可完成平均流速和流速分布的测量。以DN35 mm直管搭建实验测试系统,在颗粒浓度为0.04 g/L条件下测量流速范围为84.99~261.10 mm/s的管道流,以单粒子追踪测速法(single particle tracking,SPT)作比对,1D-PIV测量的平均流速最大相对误差为2.67%,速度剖面最大相对误差为近壁面的1.73%。实验结果证明1D-PIV是一种简单有效的管道流速测量方法。 展开更多
关键词 管道流速测量 一维粒子图像测速 时空状态矩阵 互相关 单粒子追踪
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基于模型试验的矩形养殖舱进排水方式优化研究
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作者 张琛 刘晃 +2 位作者 张成林 姚淳婧 张帆 《南方水产科学》 北大核心 2025年第3期24-35,共12页
养殖舱作为养殖工船的核心功能单元,进排水方式的优劣对其内部流场环境具有重要影响。为优化养殖舱内流场环境并提升适渔性,以30万吨级养殖工船的矩形养殖舱为原型,采用1∶100的几何缩尺比建立物理模型,并基于粒子图像测速试验技术(Part... 养殖舱作为养殖工船的核心功能单元,进排水方式的优劣对其内部流场环境具有重要影响。为优化养殖舱内流场环境并提升适渔性,以30万吨级养殖工船的矩形养殖舱为原型,采用1∶100的几何缩尺比建立物理模型,并基于粒子图像测速试验技术(Particle Image Velocimetry,PIV)开展了系统的水动力试验研究。通过控制进水流量和进水口数量等关键参数,定量分析了不同进水工况下养殖舱模型内流场结构的演变规律;同时针对不同出水口结构,重点探究了其对舱内涡流场特性的影响机制。结果表明:1)进水流量是养殖舱内流速的主要调节因子,当进水流量从1800 L·h^(−1)降至900 L·h^(−1)时,高流速区面积占比从33.2%减至8.4%,低流速区扩散至舱体65%以上区域,舱内平均流速降幅达52.89%,且进水流量与舱内平均流速呈线性关系;2)相较于改变进水流量,调整进水口数量对养殖舱内流场均匀性的调控效果更显著;随着进水口数量的减少,同一工况下不同深度截面的速度分布均匀性系数(DU50)最大降幅为33.62%,而不同工况下同一截面的DU50最大降幅为39.68%;3)底部出水口数量和位置的改变会显著影响舱内漩涡流场的分布特性,当底部设置4个出水口时可有效避免涡流对舱内水体的影响。 展开更多
关键词 矩形养殖舱模型 进水流量 进水口数量 出水口结构 图像测速试验技术
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上升气泡运动、变形与诱导流动的实验研究
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作者 李德康 应阳 +1 位作者 王成跃 董军 《力学学报》 北大核心 2025年第2期368-379,共12页
通过向静水中连续注入空气形成频率可控的上升气泡串,采用阴影成像与体视粒子图像测速技术对气泡的运动、变形以及诱导流场进行三维测量.基于阴影成像测量结果研究了气泡轨迹、运动速度以及界面波动特征;提出了基于两个非正交方向的投... 通过向静水中连续注入空气形成频率可控的上升气泡串,采用阴影成像与体视粒子图像测速技术对气泡的运动、变形以及诱导流场进行三维测量.基于阴影成像测量结果研究了气泡轨迹、运动速度以及界面波动特征;提出了基于两个非正交方向的投影图像进行气泡三维重构的数学方法,并基于该方法得到了气泡界面的三维形貌;研究了不同空气注入流量对气泡上升速度、气泡空间分布以及气泡诱导流场的影响;通过条件平均方法,研究了单个气泡对周围速度脉动的影响.研究发现,气泡轮廓近似为椭球形,其瞬时长宽比呈现周期性的波动,波动频率与理论预测值符合较好;在空气注入流量较大时,气泡的运动轨迹呈现较大的随机性,并且在水平截面内的分布趋于各向同性;随着高度增加,气泡上升速度与诱导流场速度首先快速增长,然后趋于稳定.在本实验考虑的空气流量范围内,单个气泡对脉动速度场的诱导作用受流量影响较小;因此,泡诱导湍流可以近似地看作单个气泡诱导作用的线性叠加. 展开更多
关键词 气泡 两相 体视粒子图像测速 气泡重构 条件平均
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压气机复杂流场PIV测量技术综述 被引量:1
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作者 孔繁熙 朱慧玲 +2 位作者 周玲 徐杨 季路成 《力学学报》 北大核心 2025年第2期335-348,共14页
开展压气机复杂流场试验测量研究,对于深入理解压气机内部复杂流动机理、优化设计方案以及提升压气机性能具有重要的理论和实践意义.粒子图像测速技术(PIV)作为一种瞬态流场速度测量技术,相较于传统流体力学测速技术,能够实现空间流场... 开展压气机复杂流场试验测量研究,对于深入理解压气机内部复杂流动机理、优化设计方案以及提升压气机性能具有重要的理论和实践意义.粒子图像测速技术(PIV)作为一种瞬态流场速度测量技术,相较于传统流体力学测速技术,能够实现空间流场的非接触式全场定量测量,因此在最希望避免接触干扰的流体机械流场实验研究领域中具有广泛的应用和发展前景.本文以压气机内流的非接触定量测量为背景,按2D平面PIV到2D-3C体视PIV,再到3D-3C层析PIV和光场PIV的顺序,分别介绍了各类PIV技术的基本原理,随后综述了各类PIV技术在压气机内流测量中的国内外研究应用现状,重点讨论了近年来这些技术在压气机流场测量中的实际应用案例,进而分析了各类PIV技术在压气机流场测量中的独有优势、技术限制及发展前景.最后,本文总结了PIV技术在压气机内流测量领域的贡献,并针对当前面临的技术挑战提出了未来的发展方向.本研究旨在为PIV技术在压气机内流场测量中的应用提供理论支持,进一步探讨其在流动机制分析中的发展潜力,并为相关领域技术的实验方法改进提供参考. 展开更多
关键词 压气机 复杂流场 粒子图像测速技术 流场测量
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中斯托克斯数载粒子射流速度演变实验分析
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作者 李庆展 曾怡 +4 位作者 李泳耀 姜华伟 刘宇飞 江磊 王维 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第8期105-114,共10页
为系统全面地理解中斯托克斯数载粒子射流(MSPJ)的动力学特性,并验证泰勒流体粒子理论在更小粒子情况下的适用性,开展了中斯托克斯数载粒子射流速度演变实验分析。首先,搭建了粒子图像测速(PIV)实验台。其次,分别进行了6组不同初速度下... 为系统全面地理解中斯托克斯数载粒子射流(MSPJ)的动力学特性,并验证泰勒流体粒子理论在更小粒子情况下的适用性,开展了中斯托克斯数载粒子射流速度演变实验分析。首先,搭建了粒子图像测速(PIV)实验台。其次,分别进行了6组不同初速度下的宏观大尺度与介观尺度测量实验。最后,进行了两种尺度下粒子的瞬时速度、平均速度和脉动速度的演化规律对比分析,并结合泰勒流体粒子理论模型对MSPJ速度衰减进行了预测和验证分析。结果表明:沿射流中心线的粒子平均速度衰减趋势与气相相似,呈现出先增大后减小的趋势;而由于壁面反弹的低速粒子与射流中心的高速粒子混合,粒子脉动速度的衰减显著不同,呈现出先减小后增大再减小的趋势。此外,喷嘴附近的粒子脉动速度场与平均速度场的分布存在显著差异,脉动速度场表现为中间速度较小、边缘及过渡区速度较大的分布特征,平均速度场则相反。泰勒流体粒子理论对MSPJ粒子速度衰减预测的最大累积误差为6.16%。重粒子的速度自相似性因明显的惯性效应而更快衰减。本研究能够为滑移速度、曳力及发动机油液喷雾等相关领域的进一步研究提供参考。 展开更多
关键词 射流 中斯托克斯数 速度场 粒子图像测速(PIV) 衰减
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应用2D-PIV技术的三维湍流流场测量方法
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作者 吴利芸 李坤 《中国测试》 北大核心 2025年第3期59-67,共9页
机械搅拌釜广泛应用于各种工业领域的混合操作,然而其内部三维流场常被假设为宏观对称的二维流场,且实验测量仅局限于单个垂直平面,未考虑搅拌方向不同位置处局部流场的细节变化。针对这一问题,提出一种在不同垂直平面多次进行2D PIV测... 机械搅拌釜广泛应用于各种工业领域的混合操作,然而其内部三维流场常被假设为宏观对称的二维流场,且实验测量仅局限于单个垂直平面,未考虑搅拌方向不同位置处局部流场的细节变化。针对这一问题,提出一种在不同垂直平面多次进行2D PIV测量的方法,旨在解析速度场和湍流动能(TKE)在三维空间内的分布情况。随着PIV测量平面旋转,首次发现湍流流场在旋转方向上逐渐变化的重要细节。在靠近挡板的位置(5°和85°平面),主要大漩涡尺寸较大,且其中心点接近叶轮;然而在远离挡板的位置(25°、45°和65°平面),主要大漩涡尺寸较小,且其中心点接近壁面。挡板前(85°平面)的速度幅值明显大于挡板后(5°平面)的速度场,这是由于挡板的刚性阻挡作用改变流体流动方向。在各测量平面上,TKE主要分布在大漩涡流动区域,在搅拌釜顶部和底部几乎为零,且最高TKE值通常位于大漩涡的底部。该结果可为湍流扩散系数、耗散率等参数的测量计算和湍流数值仿真的新模型验证等提供一定的支撑。 展开更多
关键词 搅拌釜 三维流场 湍流动能 粒子图像测速技术
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基于ConvLSTM与LiteFlowNet架构的粒子图像测速方法
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作者 刘心爱 孟娟 +1 位作者 杜海 李智远 《液晶与显示》 北大核心 2025年第7期1023-1035,共13页
在粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)中,神经网络方法在处理高速流动或复杂非线性流动时,常面临粒子位置变化迅速导致追踪匹配困难、提取的特征尺度单一、有效特征的提取能力不足等问题。针对这些问题,基于卷积长短期记忆网... 在粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)中,神经网络方法在处理高速流动或复杂非线性流动时,常面临粒子位置变化迅速导致追踪匹配困难、提取的特征尺度单一、有效特征的提取能力不足等问题。针对这些问题,基于卷积长短期记忆网络(ConvLSTM)与LiteFlowNet结构提出了一种新的流场估计与动态粒子追踪增强模型LiteFlowNet-CL。所提方法首先通过强化的LiteFlowNet模型提升了对复杂流动模式的辨识与表征能力,随后结合ConvLSTM网络的时序建模优势,有效抑制了高速运动粒子在不同时间步长下的追踪误差,从而大幅度降低粒子图像特征丢失的几率。为验证所提模型的有效性,通过仿真粒子图像进行模型性能对比测试和消融实验。实验结果表明,改进后的速度场估计模型取得了0.1004的均方根误差;相比LiteFlowNet经典光流估计模型,误差进一步降低了10.52%,与PIV领域广泛应用的LiteFlowNet-en高性能模型相比,误差进一步降低了1.463%。所提模型有效提升了粒子图像测速中复杂流场特征的捕捉能力,其误差精度可满足湍流分析的实验需求。本文为PIV算法优化提供了新的技术路径,对推动流体力学实验测量技术向更高时空分辨率发展具有应用价值。 展开更多
关键词 粒子图像测速 深度学习 注意力机制 卷积长短期记忆网络
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穿流-四斜叶组合桨搅拌槽内的流场特性
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作者 徐阳 杨其洲 +1 位作者 潘跃跃 周勇军 《化工进展》 北大核心 2025年第1期38-47,共10页
基于计算流体力学(CFD)中的大涡模拟方法对穿流-四斜叶组合桨槽内流动特性进行了模拟研究,并采用粒子成像测速(PIV)技术进行了实验验证。研究了不同转速、离底距和桨叶开孔直径对流场的影响。结果表明,转速的增加可以提升下桨叶的轴流... 基于计算流体力学(CFD)中的大涡模拟方法对穿流-四斜叶组合桨槽内流动特性进行了模拟研究,并采用粒子成像测速(PIV)技术进行了实验验证。研究了不同转速、离底距和桨叶开孔直径对流场的影响。结果表明,转速的增加可以提升下桨叶的轴流作用进而增强流场的混合效果,但转速过高会使流场内流型变得混乱,模拟结果显示较优转速为N=100r/min;离底距的增加会改善槽内顶部区域的速度分布,当离底距与液位高度比为0.29时,流场内形成了有利于混合的涡旋,搅拌槽顶部及下层区域流场速度分布合理,为较优的离底距;穿流孔径主要影响两桨叶之间的连接流,当穿流孔径为4mm时,搅拌槽内的连接流更稳定,整体高速区面积分布更为合理,能促进搅拌槽内整体的循环效果。研究结果可为穿流-四斜叶组合桨的实际工业生产应用提供数据参考。 展开更多
关键词 穿流-四斜叶组合桨 粒子成像测速 流场 计算流体力学
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