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多级网格迭代的图像变形算法在PIV中的应用被引量：1: 2013年; 本文简述了多级网格迭代的图像变形算法的发展,重点介绍了多级网格迭代算法与图像变形算法匹配进行流场分析的基本原理及计算步骤。对算法的各主要环节进行了详细的讨论,包括相关系数峰值拟合方法,图形变形的速度场插值方法,亚像素点灰度插值方法,数据剔错方法及窗函数的应用。; 陈槐钟强李丹勋王兴奎; 关键词：迭代图像变形 PIV

Reynolds number dependence of flow past a shallow open cavity: 2014年; Measurements were carried out in a shallow open cavity with particle image velocimetry technique.The cavity has a lengthto-depth ratio of 4:1,and the upstream inflow conditions include laminar,transient,and turbulent regimes at seven different Reynolds numbers.The measured instantaneous velocities were analyzed through ensemble average,vortex extraction,and proper orthogonal decomposition(POD)to investigate overall flow circulations,Reynolds stress distribution,spanwise vortex population,and the characteristics of the POD modes.The results reveal distinctive Reynolds number dependence of the cavity flow,e.g.an increase in Reynolds number results in constant migration of the overall circulation,enhancement of Reynolds stress,reduction of correlation between vortex and Reynolds stress,and decrease of fractional energy of the characteristic POD modes.Finally,a phenomenological model was proposed to describe various features of cavity flow.; CHEN HuaiZHONG QiangWANG XingKuiLI DanXun; 关键词：开放腔雷诺应力 POD

明渠恒定均匀流试验中尾门的影响范围被引量：4: 2013年; 利用PIV测量了明渠恒定均匀流中离尾门(活页式及闸板式)不同距离的9条断面中垂线的流速分布,分析了尾门对中垂线时均流速、紊动强度、雷诺应力及能谱特征的影响范围。对比活页式和闸板式两种尾门的差异可以发现,闸板尾门对时均流速的影响要明显大于活页尾门,而对于脉动强度、雷诺应力和能谱特征的影响,二者差异可以忽略。对于时均流速,在距离50h后两种尾门的影响均小于1.0%;对于纵向紊动强度、垂向紊动强度及雷诺应力,以4.0%、4.0%、10.0%作为衡量标准,尾门的影响距离分别为35h、25h、30h;对于纵、垂向能谱特征参数k50,以偏差值15.0%、6.0%作为标准,尾门的影响距离分别为35h和40h。; 陈槐李丹勋陈启刚王兴奎; 关键词：PIV 明渠尾门

明渠湍流横向涡旋的尺度与环量特征被引量：7: 2013年; 为了分析明渠湍流中横向涡旋的尺度与动力学特征,利用自主研发的高频粒子图像测速系统测量了6种水流条件下的明渠恒定均匀流时间序列流场,使用涡旋提取方法识别涡旋,使用一套简洁客观的涡旋尺度及环量确定方法,分析了明渠湍流横向涡半径与环量的特征。涡旋的无量纲尺度与强度仅与所在位置有关,与雷诺数等其它因素均无关系。从壁面附近至对数区的上边界,涡旋的平均半径增大。受水面影响,半水深以上的涡旋半径有逐渐减小的趋势。在黏性作用下,涡旋的平均环量由壁面至水面总体呈减小趋势。时均剪切对逆向涡旋的尺度与强度均有抑制作用,其平均尺度与环量在全水深均小于正向涡。; 钟强陈启刚李丹勋王兴奎; 关键词：环量 PIV

基于模式匹配法的明渠紊流涡结构分析被引量：10: 2013年; 对涡结构进行识别是紊流涡动力学研究的难题,为了降低涡识别方法对流速测量空间分辨率的要求,消除阈值对涡识别结果可能产生的影响,提出了基于二维平面流场的涡结构模式匹配方法。应用该方法对明渠紊流中涡结构的密度、涡量、半径和强度等特征参数和涡动力学特征进行了分析。结果表明,涡结构的密度和涡量沿水深逐渐减小,涡半径沿水深逐渐增大,涡结构的环量在近壁区迅速增大而随后基本维持稳定;在相同水深处,顺向涡密度大于逆向涡且具有更强的旋转运动;顺向涡的平均流场具有典型的发夹涡群特征,部分逆向涡与顺向涡在空间上具有相关关系。; 陈启刚李丹勋钟强王兴奎; 关键词：涡结构明渠紊流

提高PIV片光源质量的研究被引量：6: 2013年; 根据高斯光束的性质,本文设计了一种利用普通连续激光器产生较高质量PIV片光源的光路系统。整个光路分为两部分,第一部分为原始光束优化光路,第二部分为片光分光光路。原始光束优化光路通过一系列凸凹透镜有序布置,将原来直径大于2mm的光斑在PIV实验区间控制到1mm以下。优化光路能有效集中激光能量,提高片光亮度。片光分光光路使用鲍威尔棱镜将激光光束分为扇形片光,再用平凸柱面镜将扇形片光汇聚为矩形片光。鲍威尔棱镜分得片光的能量在宽度方向分布较常规双凹柱面镜均匀。平凸柱面镜将扇形光源中分散在极宽区域的能量集中在固定宽度里,使得激光能量的有效利用率提高,有利于PIV实验。; 钟强陈启刚王兴奎李丹勋; 关键词：连续激光高斯光束

不同雷诺数下空腔流的流动特性被引量：3: 2013年; 利用PIV测量空腔中垂面流场,研究雷诺数对空腔流流动特性的影响。时均结构在不同雷诺数下都具有相似的主流区及回流旋涡区。涡量的最大值位于进口角点处,高值区集中在边界层分离区。紊动强度及雷诺应力的高值区位于主流与出口角点的冲撞处,随着雷诺数的增大,参数高值区沿流向的长度不断变大,而进口角区低值区的范围不断缩小。纵、垂向能谱特征参数在相同雷诺数下的空间分布规律基本一致;调整雷诺数将导致回流区的掺混范围及来流自身的紊动特性发生改变,从而影响空腔流能谱的空间分布规律。; 陈槐钟强王兴奎任海涛; 关键词：PIV 雷诺数流动特性

明渠湍流中的主要相干结构模式被引量：11: 2012年; 利用自主开发的高帧频明渠湍流粒子图像测速(PIV)系统测量了3种Reynolds数下的恒定均匀流时间序列流场,运用本征正交分解能够给出数据集的最优模态的特性,分析了明渠湍流的主要相干结构模式及其能量关系。湍动能主要集中在少数几个低阶模态上,第1阶模态含有约30%以上的湍动能。Q2(Q4)事件是明渠湍流中除平均流动外含能最多、最主要的大尺度结构,湍动能主要通过Q2(Q4)事件向其他结构传递。它并不完全是发夹涡群诱导的结构,相反从能量的角度来看,发夹涡群的产生与维持与它有关键关系。Q2(Q4)事件可能存在大范围独立维持的大尺度机制。同时本征正交分解(POD)技术成功提取了发夹涡群结构,流向范围达到约3.4h,垂向尺度从交叠层一直到水面附近,整个结构与壁面呈约10°夹角。发夹涡群载有约23%的平均湍动能,并主要集中在处于对数区的中间部分。其他含能较少的大尺度结构有水面涡旋、单双涡结构、独立涡包等。; 钟强李丹勋陈启刚王兴奎; 关键词：大尺度结构

高分辨率粒子示踪测速技术在光滑明渠紊流黏性底层测量中的应用被引量：7: 2014年; 在光滑明渠紊动水流的研究中,黏性底层具有重要的作用,壁面剪切应力与涡量均源于此流区。由于充分发展明渠紊流的黏性底层的物理尺度在0.1 mm量级,常规方法难以实际测量该区内的速度分布。本文构建了测量黏性底层的高分辨率HR-PTV与测量全流区的普通PIV的耦合测量系统,对光滑明渠紊流黏性底层的流动特性进行了研究。HR-PTV系统采用阈值递增法、灰度截断、椭圆度与充实度指标等方法进行图像处理得到清晰的粒子图像;使用匹配几率法对粒子坐标进行匹配,计算粒子速度。得到了明渠紊流黏性底层(0.3 mm以内)的平均流速、紊动强度、偏态系数和峰度系数的垂线分布。从拟合的平均流速分布得出摩阻流速u*,结果与牛顿流体本构方程一致;黏性底层与全流区的时均流速、紊动强度和雷诺应力均能用拟合所得的u*合理无量纲化,并能光滑连接,表明由此得出的u*适用于全流区。将明渠紊流的各种分布与封闭槽道流DNS数据进行对比,验证了HR-PTV在黏性底层所得各阶速度矩的准确性。; 钟强王兴奎苗蔚李丹勋; 关键词：流速分布峰度

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国家自然科学基金(51127006)

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