PIV瞬时全流场的测量实验

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1、国家海洋局第二海洋研究所巩彪进修号：JX10009专业：物理海洋学PIV瞬时搅拌槽流场的测量实验报告一、实验目的及要求：了解PIV（粒子图像测速仪）的原理，学会整个系统的控制及软件处理，使学生接触目前较先进的高端测速技术。二、实验装置：1，PIV组件包括：激光电源、激光器、同步器及图像处理系统等。（见图）2，搅拌槽及操作系统一套（见图）三、PIV基本原理粒子图像测速仪（ParticleImageVelocimetry,缩写PIV）属于一种光学测速技术,能获得视场内某一瞬间流动信息。PIV测速原理是通过测定一个时间间隔内示踪粒子移动的距离来测定

2、粒子的平均速度。如图1，脉动激光束经光学系统形成很薄的片光源。在t1用它照射测试流场形成很薄而明亮的流动平面，用垂直该面的高清晰数码相机记录场内流面上的粒子的图像（图1）。经时间时隔Δt的时刻t2再次用相记拍摄流面上的粒子图像，通过计算机系统，识别出同一粒子的两幅照片上的位置，从而测量出该流面上的粒子移动距离，故Δt中的粒子移动平均速度为：11vx=Δx/Δt,vy=Δy/Δt特别要说明的是，PIV测试是将Δt中的平均速度作为时刻t瞬时速度，所以Δt应该尽量小，而测量位移量又要求像平面上的粒子图像不能重叠，要有足够的位移及分辨，因此Δt不能太

3、小。一般粒子图像间距离大于两倍的粒子图像直径。另外，位置量不能超查问区尺寸的1/4，偏离像平面不得超出片光源厚度的1/4，所以Δt必须根据测量对象的流速合理设定。PIV系统组成PIV测速包括图像的拍摄，图像分析及从中获得的速度信息，速度场显示等。1、成像系统（1）激光源：两台Yag激光器。用外同步装置来分别触发激光器以产生脉冲，然后再用光学系统将两路光永冲合并到一处。脉冲间隔可调范围很大，满足从而实验低速到高速流动的测试.(2)片光源光学系统:光学元件包括柱面镜和球面镜,准直了的激光束通过柱面镜后在一个方向内发散,同时球面镜用于控制片光的厚度

4、.(3)记录装置:两台高分辨率数字摄像机.2、分析显示系统:PIV属于高成像密度图像处理，目前采用的是互相关分析（一种统计方法）。经过数据处理后，得到需要的各类图像信息及速度场的显示。3、同步控制器同步控制系统是整个PIV系统的控制中心，用于图像的捕捉及激光脉冲时序控制，以及实验外部触发等功能。四、操作步骤1．仔细检查各连接插头是否有脱落或松动2．开机：开启激光电源，预热，约二十分钟后才能触发激光；开启计算机；开启相机电源3．开启软件（DynamicStudio），出现以下窗口1．点击图标DynamicStudio，打开软件出现以下界面：11

5、2．新建数据：点击File至NewDatabase，建立新的数据库1．点击菜单上，连线正常后显示如下：如果图中出现异常就检查硬件上的连接。111．做标定：将标定板（10CM）放入测量环境，并软件上设置成“SingleFrameMode”,“Numberofimages”11调为1（即只拍一幅照片）a.点击“FreeRun”能看到实时图像，点击Acquire,标定板拍照如下图：保存数据：点击上图中的“AcquiredData”，进行保持数据的处理。先取文件名，后点击右上角区的“SaveinCalibration”。b.标定过程：选中“FlowS

6、ense4M”,至菜单“MeasureScaleFactor”，出现以下图。11将“Absolutedistance”设置成100，并将红色的A，B移至标定板两侧端点位置，点击“OK”确认。二维标定完成。111．测试过程：a.调整激光头至相应测量位置，在激光控制器面板中，用内触发模式触发激光，以确定实验位置。注意：勿必在正式实验前在摄像机将加上滤光镜，以免过强的激光损坏CCD。开至用外触发模式，进行实验。软件设置如下：用的模式是“DoubleFrameMode”,“Timebetweenpulses”（两整激光脉冲之间的时间）设为3000，“

7、Triggerrate”（每秒7.4组激光脉冲）及“Numberofimages”（脉冲组数）。b.点击“Acquire”出现提示对话框。点击“StartAcquisitionandFireLaser”,激发激光，软件的显示见下图。11点击上图中的“AcquiredData”，进行保持数据的处理。先取文件名，后点击右上角“SaveinDatabase”下图是保存过程。保存完后可以点击回放。现场实测图片：111．数据处理：选中所要处理数据，出现下拉菜单，选中“Analyze”出现以下图，选“PIVSignal”,点“AdaptiveCorrel

8、ation”，点“OK”确认，进行初步处理。如需深入处理可按此方法进行。11五、数据处理成果图：1111