piv技术中的示踪粒子发生和布撤

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第22卷第4期气动研究与实验Vo1．22，No．42005年12月AERODYNAMICRESE八RCH＆E)Ⅱ'ERIMl：NTD≤c．．2005PIV技术中的示踪粒子发生和布撤肖亚克贾元胜张孝棣蒋甲利马洪志(哈尔滨150001)摘要示踪粒子发生和布撒，是粒子图像测速(PⅣ)技术的重要组成部分，是影响速度测量质量的关键环节介绍PIV技术对其示踪粒子的基本要求和示踪粒子发生、布撒装置．介绍在风洞PⅣ测量中，示踪粒子发生、布撒的方式、方法及作者得到的实际经验扣切身体会以及对避一步提高风洞PIV测量中示踪粒子发

2、生、布撒质量的见解。关键词粒子图像测速示踪粒子发生布撒风洞0引言粒子图像测速(Pa~dcleImageVelodmetry)技术简称PIV，它突破传统单点测量限制，可瞬时无接触测量流场中一个截面上的二维速度分布，并且有较高的测量精度。PIV技术广泛地应用在气流和水流的流体力学研究中。将PIV技术运用予现代宅气动力学中，它可以帮助人们了解非定常流动的现象，例如大迎角下的分离流动。PIV可以在很短的时间内，能在空间上分辨瞬时速度场的测量数据，还可以检测流场(速度场)中的大尺度和小尺度空fHj结构。PW可以提供合适的实验数据对流场数值计算进行验证，以确定数值计

3、算对物理问题的模拟是否正确。近来，PI-V已经成为空气动力学研究的常规工具。1PⅣ技术概述PIV测最的基本原理是：在流场中布撒示踪粒子，并用脉冲激光片光光源入射到所测维普资讯http://www.cqvip.com第4期PIV技术中的示踪粒子发生和布撤9流场区域中．通过两次或多次曝光由CCD或照像设备将流场中运动粒子图像记录_F来，采用光学杨氏条纹法、自相关法或互相关法逐点处理图像，获得流场速度分布。其速度是：五=△互／At=i一未。l／t2一tl(1)=未Ii2一未“／M(t2-t1)(2)式中△t为时间间隔；t。为第一次曝光时间；t：为第二次曝光时间

4、；。和为某⋯粒子的空间位置；M为放大率，是观测流场区域S(z，)和成像平面S，()之比(M=~／SF／Sy=LF，￡)一般M<1。PⅣ系统由以下三大部分构成：l照明流场的多次曝光光源及其片光形成设备；2粒子图像的记录装置，粒子图像的判读方法和设备及其相应软件；3示踪粒子发生装置和其布撤技术。夺文讲述示踪粒子发生及其布撒技术。中国航空工业空气动力研究院从美国TSI公司进口了一整套PⅣ设备，包括200~i双YAG脉冲激光器及其片光形成系统；CCD摄录像系统和全套数据及图像处理软件。测速范围0．1cnv's～1000m／s；激光片光波长=532nm，激光倍频前

5、天=1064~un；激光片光光腰厚度△z=2mm；测量最大确效截面积为：800ramX800ram；测量最小有效截面积为：10mmX10rnm。该套PW系统没有引进示踪粒子发生布撒设备，由空气动力研究院自行研制并与其配套。如果在流场测速试验中，自行研制的示踪粒子发生器和其布撒技术不能与进口的PIV设备完美匹配，那么该P!V设备的工作能力和测量效果将大打折扣，将不能充分发挥其优良性能，甚至测量不到应该得到的流场速度数据和图像。特别是示踪粒子的布撒技术，对每一次被测对象的不同，其测量的要求也不同，相应的布撒技术要作各种各样繁杂的变化和新的设计安排，_才能测量

6、到要求区域的速度分布数据。2示踪粒子的发生PIV技术是非直接测量，它测量的是粒予速度而不是滤场速度。因此，必须对粒予流体力学特性进行考查，以免出现粒子与流场运动问的显著差异。首先，要求示踪粒子无毒、无腐蚀、化学性质稳定和清洁。这是使工作人员和工作场地及设备不受侵害的基本保证。其次，对PⅣ示踪粒子还有两个基本要求：第一，粒予跟随流体的流动性好；第二，粒子应是良好的散射体，其成像可见性好。这是使P1V测量真实、可靠的基本保证。维普资讯http://www.cqvip.com10PIV技术中的示踪粒子发生fn-~i撒第4期2．1粒子的流动跟随性【l拉：在一定条

7、件下可用BBO方程描述粒子跟随流体的动力学特性，其简化方程为：／／,P=／／'F(1一e)=／／,F(1一e)(3)r，：Ilk：。do2118IZ(4)式中下标P和F分别代表粒子和流体；为粘性系数；d为粒子直径；c为密度；T为时滞时问常数．越小其粒子跟随性越好。在位移和运动中，粒子与流体存在一定误差￡I“P—ILFf=e(5)原则上为保证PIV测量的准确度，￡应越小越好。由计算公式可见粒子应越小越好，粒子密度要尽可能与流体密度一致为好(否则不仅跟随性差，而且在重力中存在沉浮速度等问题)。2．2粒子的成像可见性·．3．引：粒可见性是受多种因素影响的特性。

8、在入射光(单色光)照射下，对于粒子直径0．I一100ttm范围内，其粒子的散射光