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水利工程论文-河工模型试验中的DPIV技术及其应用.doc

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水利工程论文-河工模型试验中的DPIV技术及其应用.doc

水利工程论文-河工模型试验中的DPIV技术及其应用摘要:粒子图像测速是一种快速全流场测量方法。本文根据河工模型试验的特点建立了一套多CCD的DPIV测量系统,在自然光照明的条件下对河工模型近千平方米区域内流体的表面流厨行快速测量;根据河工模型中粒子分布的特点,对PIV常用的速度提取算法(互相关和二次傅立叶变换)进行了改进,提高了速度提取的效率,在一定的分辨率前提下达到了对河工模型表面流场实时测量和记录的要求,测量误差较小。关键词:粒子图像测速河工模型速度测量流场显示0引言河工模型是探讨河流工程问题的有效研究方法之一,但由于河工模型尺寸大,观测的范围广,使用单点式速度测量仪器费时费力;对于动床模型或非定常流动模型,床面和边界形态均在不断变化之中,因此,在河工模型试验中采用全场实时测速技术十分必要,具有很大的科研和经济价值。粒子示踪的图像全场测速技术(ParticleImageVelocimetry[1,2]ParticleTrackingVelocimetry[3,4])以及数字化粒子图像测速技术(DigitalPIV[5]和DigitalPTV)具有方便快捷的特点,在流体力学研究中得到了广泛应用。国内科研人员根据PIV和PTV的基本原理,已成功开发出应用于大型河工模型表面流场测量的粒子示踪测速系统:清华大学研制的DPTV系统[6]、中国科学院力学研究所研制的DPIV系统等。DPIV系统的核心是对流动图像进行处理,得到示踪粒子代表的流体的速度,这一过程称为速度提取。速度提取一般采用互相关算法和二次傅立叶变换[7,8,9]进行,需优良的硬件设备(运算速度高的计算机和浮点运算加速器件)才能满足实时测量的要求。本文考虑到河工模型中示踪粒子的分布特点以及自然光照明的条件等,采用了三种改进的速度提取算法,缩短了速度提取时间,在普通Pentium系列微机由软件实现河工模型试验流场一定分辨率下的实时测量。1系统的结构原理及工作参数如图1所示,用于河工模型试验表面流场测量的DPIV系统包括一台微型计算机、图像卡、CCD摄像机、软件以及其它的监视设备。利用自然光或灯光照明,不需特定光源。位于模型上方的单台摄像机可以覆盖10m2~30m2左右的区域,系统可配置三十台工业CCD摄像机,对河工模型几百平分米至上千平方米的流动区域进行测量。在河工模型试验中,定常流动和非定常流动对多台CCD摄像

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