- 标题
- 摘要
- 关键词
- 实验方案
- 产品
-
基于粒子图像测速技术的拦沙结构中细颗粒泥沙水动力特性研究
摘要： 滞留池是雨水最佳管理实践（BMPs）中用于控制雨水径流量的措施之一。该池通过临时蓄存和缓释水流来降低下游峰值流量。本文采用粒子图像测速技术（PIV），针对特制沉砂池内细颗粒的二维水动力行为开展新实验研究。通过调整出水口位置、采用不同粒径颗粒、改变进水口与水面距离及调节流量等参数，系统研究了不同水力条件下细颗粒的水动力特性。结果表明：保持进出口水位一致可减少细颗粒扩散，较低流量有助于控制高淤积问题；此外，较小球形颗粒对细颗粒悬浮影响更为显著。因此，调控水力参数能有效降低淤积问题程度?！端肪逞芯俊?8卷2309页（2016年）。
关键词： 雨水最佳管理措施（BMPs）、细颗粒物、淤积、粒子图像测速法（PIV）、水面
更新于2025-09-23 15:22:29
-
基于成像的近岸水深测量无人机系统
摘要： 本文描述了一种基于成像技术估算近岸冲浪区水深的方法。该方法利用无人机系统（UAS）或消费级无人机采集的影像数据：通过操控无人机在目标区域上空飞行并录制视频，随后采用粒子图像测速（PIV）技术分析图像帧序列以获取波速?；谙咝圆ㄉ⒐叵档那乘乒?，可将影像推导的波速转化为当地水深值。通过整合目标区域内多个点位的水深反演结果，最终构建完整水深地形图。 为验证方法有效性，在德克萨斯州弗里波特近岸冲浪区试验中，采用全站仪实测了25个空间点的水深数据，计算得出均方根误差（RMSE）为0.132米。通过最小化RMSE，确定用于修正非线性波效应的波速估算系数为1.02。这种创新简便的方法能同步测量冲浪区（该区域以破碎波及强能量泥沙输移为主导）的水深与表面流速场，且无需高端无人机设备，从而在时空采样方面具有更强灵活性。
关键词： 粒子图像测速法、遥感技术、近岸水深测量、无人机系统
更新于2025-09-23 15:22:29
-
聚焦激光束光阱驱动的对流动力学
摘要： 溶液中胶体颗粒的光学捕获动力学对于理解激光诱导的分子与纳米材料组装至关重要，这有助于纳米制造、生物工程和微流控技术的发展。本文研究了周围流体运动在光学捕获中的重要性，即揭示了聚焦激光束产生的光捕获所驱动的对流流体动力学。通过采用荧光颗粒粒子图像测速技术的实验方法，以及基于数值分析的理论推导，共同评估了光捕获过程中的流体流动。理论模型由考虑光热效应引发温度升高的Boussinesq近似纳维-斯托克斯方程构成。此外，通过建立简单的单向均质多相流模型，将光力诱导的颗粒运动对流体流动的影响也纳入分析。实验与理论结果表明：光捕获中的流体流动不仅源于温度升高导致的热对流，还来自光力引发的集体颗粒运动。因此，光力能够诱发大规模流体对流，从而促进目标颗粒向焦点区域的聚集。
关键词： 热对流、流体动力学、胶体颗粒、光热效应、布西内斯克近似、光学捕获、多相流模型、纳维-斯托克斯方程、粒子图像测速法
更新于2025-09-23 15:21:01
-
采用先进激光诊断技术研究气体助燃煤粉燃烧室中的颗粒动力学
摘要： 煤的燃烧过程受到气相湍流、颗粒动力学及化学反应三者相互作用的显著影响。为深入理解这些耦合过程，需要在受控进气与边界条件下开展实验，以获取非侵入式多参数测量数据。基于此，本研究在光学可视燃烧室内（含旋流燃烧器组件的石英玻璃喷口）对功率高达40 kWth的气助煤火焰展开研究。首次将两相粒子图像/跟踪测速技术(PIV-PTV)应用于煤燃烧领域，同步测量大小颗粒的速度。通过利用研磨煤粉的宽粒径分布特性，小颗?？勺魑魇咀偌粒辈捎昧Ｗ痈俨馑?PTV)技术测量大颗粒速度。单台相机通过米氏散射成像实现该功能，后处理阶段根据各颗粒的表观尺寸和信号强度区分大小颗粒。通过准同步测量煤颗粒脱挥发分过程中释放的中间烃类激光诱导荧光，确定了剧烈热解区域。对比研究了空气与富氧环境下不同煤种及热功率工况的火焰特性，并结合煤燃烧实际讨论了测量技术的优势与局限。
关键词： 粒子图像测速法、激光诱导荧光法、粒子跟踪测速法、煤炭、两相流、富氧燃烧
更新于2025-09-19 17:13:59
-
一种适用于低流量气体流中基于粒子的激光测量技术的固体颗粒播种器
摘要： 本文介绍了一种用于颗粒激光诊断技术的固体微米级颗粒气体注入装置。该颗粒播种器由一个密封容器构成，内含待播撒的颗粒，需注入的气体由此进入。通过在容器内设置电动风扇，可轻松产生精细气溶胶。实验证明：(1) 在固定风扇转速下，当气体体积流量范围为0.05-5升/分钟时，颗粒播种密度Np可维持在10-100颗粒/立方毫米范围内；(2) 在固定气体体积流量下，可通过调节风扇转速使颗粒播种密度在1-100颗粒/立方毫米范围内实现近似调控。该装置不会影响气流的体积流量。这种简易方法对需要在低体积流量气流中生成固体颗粒气溶胶的研究人员具有重要实用价值。
关键词： 粒子图像测速法、速度测量、粒子播种、激光多普勒测速仪、气溶胶
更新于2025-09-19 17:13:59
-
揭示激光诱导击穿对气流的影响
摘要： 激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种光学测量技术，因此属于非接触式但非无创性测量方法。为研究激光诱导击穿对气流的影响，研究人员联合开展了LIBS与粒子图像测速（PIV）测量。在所研究的层流空气中，诱导速度场扰动范围约为0.7厘米，幅度最高达0.9米/秒。进一步研究发现，若要将前次LIBS脉冲对目标气流的影响控制在约10%的相对速度偏差范围内（即确保LIBS与其他测量技术联用或高速LIBS测量的有效性），需要设置至少500微秒的最小时间延迟。针对所研究的气流，要将相对速度偏差降至0%，估算需约20毫秒的时间延迟。在湍流或更高流速情况下，所需最小时间延迟可能更短。
关键词： 激光诱导击穿光谱技术、流动诊断、粒子图像测速法
更新于2025-09-19 17:13:59
-
超连续谱白光激光器在利用热致变色液晶同时测量温度场和速度场中的应用
摘要： 本文讨论了使用热致变色液晶（TLC）作为示踪粒子进行速度与温度同步测量的方法，涉及测量范围、不确定度及空间分辨率。首次采用超连续谱激光器照射这些粒子，后续将用于通过粒子图像测速（PIV）和粒子图像测温（PIT）技术表征高宽比瑞利-贝纳德对流单元中的动量与热量传递。通过光谱仪分析TLC散射光，揭示了其散射特性随光片平面与观测轴线夹角变化的一般规律。研究表明，具有连续光谱特性且红光波段占比略高的白光源表现良好，因此可采用超连续谱白光激光器——尽管其截止波长约为475纳米。探测光学的数值孔径与激光的色差会显著影响TLC颜色温度灵敏度及动态范围，可能导致有效温度灵敏度范围仅为标称范围的十分之一（尤其在PIV常用的大夹角条件下）。通过在瑞利-贝纳德对流单元中进行的同步测速测温实验验证：在采用适当二维标定的前提下，使用超连续谱激光器可实现可靠同步PIV/PIT测量，在垂直于光片方向获得小于500微米的高空间分辨率。
关键词： 热致变色液晶，超连续谱激光，瑞利-贝纳德对流，粒子图像测温法，粒子图像测速法
更新于2025-09-16 10:30:52
-
结合PIV与DNS的混合模拟对非定常压力的估算及补偿能力
摘要： 为将纳维-斯托克斯模拟与时间分辨粒子图像测速（PIV）场相融合，通过同步帧率与直接数值模拟时间步长而开发的混合非定常流动模拟方法，可同步生成非定常压力场。该混合过程通常引入"修补函数"，将相机视窗内的PIV场移植至更大计算域中。本研究评估了修补函数内部（即估算区域）与外部（即补偿区域）产生的压力场。以水洞中NACA 0012翼型在30°攻角下分离流动的时间分辨平面PIV数据为例：首先将混合模拟生成的非定常压力场与二维现有压力估算方法在全视窗域进行对比，发现二维混合模拟结果与序列积分法吻合最佳，且时空噪声水平显著更低；随后通过截断混合模拟中的修补函数缩小作用域，对比缺失区域的压力场与完整修补函数的求解结果——当修补函数下游至少包含二维涡结构溃灭区域时，其余压力场可获得较好补偿；而翼型所受作用力仅在完全处于相机视窗包围时才能准确估算。
关键词： 混合模拟、数据同化、压力估算、粒子图像测速法
更新于2025-09-10 09:29:36
-
神经血管流体的中尺度粒子图像测速技术体外研究
摘要： 粒子图像测速技术（PIV）因能精确可视化并量化大时空范围内的流体流动，在众多领域得到广泛应用。但其实施通常需要昂贵且专业的仪器设备，这限制了更广泛的实用性。此外，在生物工程领域，体外流动可视化研究还常因商用组织仿体的高成本而进一步受限——这类仿体需复现特定解剖结构，尤其针对中观尺度范围（即亚毫米至毫米级长度尺度）。本文提出一种简化实验方案以解决这些限制，其关键要素包括：1）采用3D打印与硅胶浇铸技术制作中观尺度组织仿体的低成本方法；2）降低中观尺度流动测量（即速度达数十毫米/秒）对仪器要求的开源图像分析与处理框架。该方案通过利用许多生物工程研究者已有的资源，降低了非专业人士的入门门槛。我们展示了该方案在神经血管流动表征中的应用，但预计其适用于生物工程及其他领域更广泛的中观尺度应用场景。
关键词： 3D打印、生物工程、神经血管、PDMS组织仿体、粒子图像测速法、信号处理、第142期、流体力学
更新于2025-09-04 15:30:14
-
基于图像的光流法河流流速估算
摘要： 我们提出了一种基于图像的河流流速测量新方法——运动估计算法。该技术基于计算机视觉领域成熟的图像序列刚性运动估计方法（即光流法）。与粒子图像测速(PIV)技术不同，光流模型具有足够的灵活性，可纳入控制观测对象运动的物理方程。近年来，实验流体力学界已采用该方法并建立了多种新模型来更精确地描述不同流体运动（综述见文献[18]）。我们的光流算法基于标量输运方程，并通过加权扩散项补偿微小尺度（未捕获）的运动贡献。此外，由于此类图像序列缺乏真实数据，我们提出基于关键拉格朗日粒子轨迹重建并与人工标注轨迹直接对比的新评估方法。该运动估计算法性能优于传统光流法和基于PIV的方法。
关键词： PIV（粒子图像测速法）、LSPIV（大尺度粒子图像测速法）、光流法、河流测速技术
更新于2025-09-04 15:30:14