PIV测速原理与应用资料下载.pdf
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数据采集;
轴向旋涡中图分类号:
TH311文献标识码:
APrinciplesfortheMe嬲urement锄dI嘲gePr眦髑singUsingPIV小,GX如伊Z锄,气N馏(School0fEnerg)randEnvi黜nt,)
【ih哪u11iversity,Ch肌gdu610039C11im)Abst眦t:
WiththefaStdevelopmentofPCandi瑚geprocess堍,greatp嘲ressinPIVhaSbeenmadeinthepaSt10yearsTheauthorsanalyzetheprincipleofPIVsystemindetail,presenttheacquisitionandproceSsingofexperinlentaldata,andnductexperimentalinvestigationforrelativeeddyinamodifiedimpellerpassageby锄ployinganadvancedPIVsyStemForthefirsttime,thevekitydistributionintheinnernowfieldsofrelativeeddyisobtainedsucceSsfullyKeywords:
principle;
dataacquisition;
relativeeddy在明渠、管道以及泵和水轮机的叶轮内部,流体流动规律的准确测定是发展流动理论和提高水力设计水平的一个重要环节。
流速测量的方法很多,随着计算机技术与图像处理技术的快速发展,产生了PIV(ParticleImageVelocimetry)这种既能克服流场单点测量局限,又能进行全流场瞬时、非接触测量的测试技术。
本文作者主要介绍PIV技术的测速原理以及它在离心叶轮轴向旋涡流研究中的应用。
1PIV测速原理及数据采集11P测速原理图1为PIV系统示意图。
在利用PIV技术测量流速时,需要在二维流场图1PIV系统示意图中均匀散布跟随性、反光性良好且比重与流体相当的示踪粒子。
将激光器产生的光束经透镜散射后形收稿日期:
20040603基金项目:
四川省教育厅重点科研资助项目(编号:
0224954)作者简介:
杨小林(1975一),女,四川省大邑县人,西华大学能源与环境学院讲师,硕士,主要研究流体力学及流体机械。
万方数据西华大学学报自然科学版2005年成厚度约1mm的片光源入射到流场待测区域,CCD摄像机以垂直片光源的方向对准该区域。
利用示踪粒子对光的散射作用,记录下两次脉冲激光曝光时粒子的图像,形成两幅PIV底片(即一对相同待测区域、不同时刻的图片),底片上记录的是整个待测区域的粒子图像。
整个待测区域包含了大量的示踪粒子,很难从两幅图像中分辨出同一粒子,从而无法获得所需的位移矢量。
采用图像处理技术将所得图像分成许多很小的区域(称为查问区),使用自相关或互相关统计技术求取查问区内粒子位移的大小和方向,脉冲间隔时间已设定,粒子的速度矢量即可求出(见图2)。
对查问区中所有粒子的数据进行统计平均可得该查问区的速度矢量,对所有查问区进行上述判定和统计可得出整个速度矢量场。
在实测时,对同一位置可拍摄多对曝光图片,这样能够更全面、更精确地反映出整个流场内部的流动状态。
视场查问区查问区速度,:
二!
i0-100x125m衅05mm224x36m2f图2PIV原理图PIV测速是基于最直接的流体速度测量方法。
在己知的时间间隔内,流场中某一示踪粒子在二维平面上运动,它在z、y两个方向的位移是时间的函数。
该示踪粒子所在处水质点的二维速度可以表示为口,:
盘掣d丛譬幽:
面,一af凸一。
,:
逝掣丛型尘尘趔:
面odo式中,、可。
为水质点沿z、y方向的瞬时速度,玩、西。
为水质点沿z、y方向的平均速度,出为测量的时间间隔。
上式中,当出足够小时,面,、面。
的大小可以精确地反映训:
、口。
PIV技术就是通过测量示踪粒子的瞬时平均速度实现对二维流场的测量。
12实验数据的采集和分析计算Insight软件是PIV系统作数据采集、分析和显示等任务的专用工具。
在测试中,首先打开Insight菜单中的洲pOnentSetup进行摄相机、激光器、同步器等的设置(1aSerSetup、computercontrolledc唧eraSetup、summary、synchronizersetup、c锄erasetup)。
单击Insi曲t菜单中的chiveDataSelection选择要捕获的图像的数据源,设置曝光和捕获图像的模式及激光曝光的时间和能量强度。
在系统控制工具栏中点击BeginI眦lgeAcquisition开始获取图像,按Stopoperation停止曝光。
然后单击prDc髑Setup设置处理图像的参数(ImageShiftFlowDirectionSpotOffset、SignalLevels、PeaksearchCoHelation灿gorithmS、VekityCalibration、嘣dSetup),选择矢量显示模式。
再打开Insight菜单中的vector,在leftfield中单击Macro(StanRecording)开始计算,反复使用Range、Validate和Mean去除坏点,并多次进行平均插值,最后进入VectorValidationSetup进行平均并保存计算结果。
2PIV在叶轮轴向旋涡流研究中的应用叶轮流道轴向旋涡流是离心叶轮内特殊的流动现象,为了实现对轴向旋涡流的测定,将叶轮出口边封闭,实验时,用堵头堵住进口,这样水流就在四个相互独立、封闭的空间作相对旋转流动。
试验叶轮采用4个对数螺旋线叶片,叶片型线为,=198n309,叶片安放角取常数30。
,叶片包角为15435。
,叶轮外径为180mm,出口宽度为12mm,排挤系数各半径均为08827。
将Insight软件计算所得的轴向旋涡流绝对速度矢量数据导人Tecplot软件,可直接显示水质点绝对速度矢量图,见图3。
图3水质点绝对速度矢量图由于叶轮内水质点的绝对速度矢量是其相对速度和牵连速度的矢量和,按速度三角形分解可确定(下转36页)万方数据西华大学学报自然科学版2005年化在自己的应用程序中控制源文档。
支持oI正自动化的应用程序向其它应用程序提供它们自己的对象。
例如,word提供的对象有句子、段落或整个文档;
Excel提供的对象有宏,单元组或整个工作表。
我们通过OLE自动化技术创建一个OLE自动化对象来实现本系统与CAD软件及Excel的连接,最终通过G软件来完成对图纸的编辑、修改,通过Excel来完成对工艺卡片的编辑、修改。
当然,DNC集成加工系统的关键技术还有通讯技术、网络技术和管理技术,限于篇幅这里就不再介绍。
4结束语基于上述过程,我们进行了一简单部件的设计(上接20页)”_I”-_I与加工验证实验,实验结果表明该系统在实现图纸管理、工艺管理、NC程序管理统一的同时,保证了数据的准确性、安全性与完整性,能完成预期的任务,从原理上实现了我们所提出的DNC集成加工系统模式。
参考文献1张旭梅,刘飞,王时龙,等集成DNc系统及其运行模式探讨J计算机集成制造系统,1998,
(2)2程涛,胡春华,吴波,等分布式网络化制造系统构想J中国机械工程,1999,
(1)3刑增平,等Delphi50最佳专辑M北京:
人民邮电出版社,20024飞思科技产品研发中心SQLSeer2000基础与提高M北京:
电子工业出版社,2001(责任编辑:
陈谨)相对速度矢量。
图4、图5即为转速n=400rmin时在不同半径处轴向旋涡流相对速度大小分布及矢量图。
图4n=400rmin不同半径处相对速度大小图图5n=400r“n相对速度矢量图由图4可知:
转速n=400rmin时,不同半径相对速度大小从工作面到背面均有先减小后增大的趋势,且叶片背面附近相对流速比工作面相对流速高。
同时,随着半径的增大,相对流速增大,工作面、背面的相对流速也呈增大趋势,旋转的叶轮将其入口附近变化较大的相对流速分布逐渐转化为出口附近变化较均匀的相对流速分布。
由图5可知:
从工作面到背面,相对速度方向在初始段先指向轴心,与圆周切线方向夹角30。
左右逐渐减小,而后相对速度方向反向,转而指向出口,与圆周切线方向夹角从几度逐渐增大直到背面的30。
这与文献1的理论计算结果一致。
3结论PIV技术已广泛应用于复杂流场的研究中,揭示了许多用传统测试技术无法观测到的流动瞬时结构现象,对流体机械内部流动的研究、改进流体机械设计和性能具有重要意义。
本文作者应用PIV技术对叶轮轴向旋涡内部流动进行实验研究,实验结果说明PIv技术在轴向旋涡内流场测试研究方面是相当直观和可靠的。
参考文献1FCvisserFlu翻f】owinam
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- PIV 测速 原理 应用