SPIV技術與示蹤粒子SPIV技術與示蹤粒子SPIV技術SPIV系統(tǒng)的基本組成SPIV三維測速的基本原理測速的簡單例子SPIV技術SPIV系統(tǒng)的基本組成測速的簡單例子SPIV系統(tǒng)的基本組成Nd:YAG雙脈沖激光器同步器互/自相關CCD照相機高速圖像采集卡圖像分析處理軟件SPIV系統(tǒng)的基本組成Nd:YAG雙脈沖激光器對激光的要求及注意事項流場測試面激光片光平面xyA................................................................................................................................................................................................................................................

InterrogationArea目前的PIV，嚴格來說還只是2D，即對某個切面進行測量SPIV：2D—3cPIV對激光的要求及注意事項流場測試面激光片光平面xyA...對激光的要求及注意事項片光形成光路

對激光的要求及注意事項片光形成光路對激光的要求及注意事項脈沖持續(xù)時間和脈沖時間間隔

約為5~8ns否則記錄的是軌跡200ns~幾秒

保證兩次曝光時間間隔內還有足夠百分比的粒子仍在判讀小區(qū)內，決定測速范圍對激光的要求及注意事項脈沖持續(xù)時間和脈沖時間間隔spiv技術與示蹤粒子ppt課件對激光的要求及注意事項片光厚度1.片光光強呈高斯分布

散射效率最大化，散射光強與入射光強成正比2.保證在兩次曝光時間間隔內有足夠百分比的粒子仍在片光內。對激光的要求及注意事項片光厚度對激光的要求及注意事項激光的功率和單位脈沖能量

取決于觀測流場大小，粒子大小，流動速度CCD相機靈敏度

一般：60~250mJ對激光的要求及注意事項激光的功率和單位脈沖能量對CCD照相機的要求分辨率

測速范圍，數(shù)據(jù)點個數(shù)幀率

普通相機：兩次曝光圖像記錄在同一幀

約30幀/s

跨幀相機：分別記錄，延時200ns~20μs

高速CMOS相機：實時測量，10000幀/s鏡面與CCD平面夾角可變對CCD照相機的要求分辨率SPIV三維測速的基本原理

立體攝影

通過多臺相機得到不同角度方向的圖像三維重建

笛卡爾空間到射影空間的坐標變換SPIV三維測速的基本原理

立體攝影立體攝影1.透鏡平移法優(yōu)點：放大率為常數(shù)，無非線性畸變立體攝影1.透鏡平移法優(yōu)點：放大率為常數(shù)，無非線性畸變立體攝影2.透鏡傾斜法（同側）布局容易，但放大率對各個區(qū)域不同，需幾何校正立體攝影2.透鏡傾斜法（同側）布局容易，但放大率對各個區(qū)域不立體攝影2.透鏡傾斜法（異側）在流場之外測量，具有靈活性，可重復性高立體攝影2.透鏡傾斜法（異側）在流場之外測量，具有靈活性，可透鏡傾斜法透鏡傾斜法的光路

三面共線Scheimflug條件

透鏡傾斜法透鏡傾斜法的光路Scheimflug條件

成像規(guī)律物點（x，y）像點：

Scheimflug條件

成像規(guī)律Scheimflug條件如何實現(xiàn)：校準靶(Calibrationtarget)代替實際片光然后調整CCD滿足Scheimflug條件判別方法：直接計算觀察成像亮度是否均勻運用2D—PIV分析Scheimflug條件如何實現(xiàn)：SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論SPIV三維重建理論幾點說明

1.實際在由立體攝影得到的圖像求解三維速度向量時，PIV設備中都有現(xiàn)成的軟件。

2.用立體攝影，但是只關心二維速度向量被很多人采用。誤差小，簡單可重復（不用反復對焦）。Z向速度分量會帶來誤差SPIV三維重建理論幾點說明示蹤粒子對示蹤粒子的要求

跟隨性，散射性，懸浮性等常見的示蹤粒子

液體流場，氣體流場示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒

液滴，固態(tài)粉末示蹤粒子對示蹤粒子的要求對示蹤粒子的要求

跟隨性：

Relaxationtime：粒徑越小，跟隨性越好。但是不能太小，不然布朗運動會影響實驗精度一般情況：d=0.2μm~10μm（氣體）對示蹤粒子的要求

跟隨性：對示蹤粒子的要求散射性：

散射效率與下列因素有關：1.粒子和環(huán)境折射率的比值2.粒子大小3.粒子形狀4.散射方向D<λ：RayleighscatteringregimeD>λ：Mie’sScatteringTheory對示蹤粒子的要求散射性：散射性

1μmoilparticleinair散射性1μmoilparticleinair散射性10μmoilparticleinair散射性10μmoilparticleinair散射性粒徑越大，散射性能越好由于照明光強有限，CCD器件的感光靈敏度和空間分辨率有限，要將粒子圖像記錄下來，要求粒子直徑越大越好0，90，180下散射強度一般比較大

實際常常選擇90度，即垂直片光方向。散射性粒徑越大，散射性能越好對示蹤粒子的要求懸浮性：

主要是密度與流體密度相比較，當然是越相近越好。否則要考慮沉浮速度的問題。根據(jù)實驗需求合理選擇粒子FOV，激光強度，實驗段風速，非定常等

對渦流動，還要考慮離心力的影響，慣性（質量）不能過大，不然會出現(xiàn)“黑洞現(xiàn)象”。對示蹤粒子的要求懸浮性：常見示蹤粒子Forliquidflow：

常見示蹤粒子Forliquidflow：常見示蹤粒子Forgasflow：常見示蹤粒子Forgasflow：常見示蹤粒子MaterialDensity(g/ml)Refractionindex(20℃)Polystyrene（聚苯乙烯）1.051.59甘油（glycerin）1.23161.47Dioctylphthalate（鄰苯二甲酸二辛酯）0.983-0.9851.486-1.487丙二醇1.05971.4398硅油約為11.4-1.5癸二酸二異辛酯(DEHS)0.913-0.9191.449-1.452密度及折射率常見示蹤粒子MaterialDensity(g/ml)Ref示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒液滴：

兩類方法：

蒸發(fā)冷凝高壓氣流沖擊特點：

粒徑小，但是不穩(wěn)定，易冷凝，易污染視窗示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒液滴：液態(tài)粒子Laskinnozzle：1μm左右

液態(tài)粒子Laskinnozzle：1μm左右示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒固體粉末：

射流或者旋風分離器

特點：

粒子很穩(wěn)定，但是容易產(chǎn)生聚集

如何防止固體粉末聚集成團是關鍵

聚集的影響因素：

濕度，表面摩擦系數(shù)等

示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒固體粉末：固態(tài)粒子Fluidizedbedseedingdevice依靠出口的強勁氣流將固體粉末打散固態(tài)粒子Fluidizedbedseedingdevi示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒氦氣泡：1~3mm

粒徑越大，散射性越好，但跟隨性和懸浮性越差。氦氣泡在增大直徑時，密度顯著減小，一舉兩得。泡沫液成分：

水，甘油，肥皂示蹤粒子的產(chǎn)生和布撒氦氣泡：1~3mm粒徑越大，散射性越好，示蹤粒子投放的注意點粒子濃度：n粒子對數(shù)，多于4~12n太大，記錄的是粒子群的散斑圖像（LSV）n太小，跟蹤單個粒子（PTV）

示蹤粒子投放的注意點粒子濃度：PIV的發(fā)展方向Micro—PIV將PIV運用到微觀領域Time—resolvedPIV

實時，定量，三維記錄流場信息

運用高速攝影裝置，如CMOSCamera