一种基于PIV和PTV技术的流体流动与固体运动信息同步测试方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及实验流体力学中非接触式的流场测量领域，具体涉及一种基于PIV和PTV技术的流体流动与固体运动信息同步测试方法和装置。本发明专利技术将粒子图像测速(PIV)技术和粒子图像追踪(PTV)技术耦合，用尺度极小的示踪粒子来代替并标记液体流场中的流体质点，在固体与液体相交边界处使用罗丹明试剂进行标记，在波长532nm激光的照射下，用高速相机记录被标记的流体质点运动轨迹以及标记的物体边界运动轨迹，能够在一次试验中同时获得流场的流动信息和物体的运动信息，避免了重复试验之间的数据测量误差，减少了试验工作量和成本。

A synchronous testing method and device for fluid flow and solid motion information based on PIV and PTV Technology

The invention relates to the field of non-contact flow field measurement in experimental fluid mechanics, in particular to a method and device for synchronous measurement of fluid flow and solid motion information based on PIV and PTV technology. The invention couples particle image velocimetry (PIV) technology with particle image tracking (PTV) technology, replaces and labels fluid particles in liquid flow field with minimal scale tracer particles, labels fluid particles at the intersection boundary of solid and liquid with Rhodamine reagent, and records labeled particles with high-speed camera under the irradiation of 532 nm laser. The point trajectory of the fluid and the boundary trajectory of the marked object can obtain the flow information of the flow field and the motion information of the object simultaneously in a single test, which avoids the error of data measurement between repeated tests and reduces the workload and cost of the test.

【技术实现步骤摘要】
一种基于PIV和PTV技术的流体流动与固体运动信息同步测试方法和装置
本专利技术涉及实验流体力学中非接触式的流场测量领域，具体涉及一种基于PIV和PTV技术的流体流动与固体运动信息同步测试方法和装置。
技术介绍
在流体力学中湍流、涡流等复杂非定常流动的存在使得传统流动显示技术的单点测量已不能满足人们对流体流动认知的需求。这就需要新的测量技术，实现流动显示由单点测量向多点、平面向空间、稳态向瞬态、单相向多相发展(盛森芝,徐月亭,袁辉靖.近十年来流动测量技术的新发展[J].力学与实践,2002,24(5):1-14.)。20世纪80年代，粒子图像测速(ParticleImageVelocimetry,PIV)技术实现了点向面的流场测量，与传统的测试手段相比具有无接触、瞬态、全局的测量优点，是近代流动显示技术的最重要突破之一。在这种由示踪粒子图像进行流场信息还原的流动显示技术中，根据流场中示踪粒子密度的大小划分为三种形式，当图像中示踪粒子密度较低时可以检测出单个示踪粒子，称为粒子图像追踪(ParticleTrackingVelocimetry，PTV)技术；当图像中示踪粒子密度中等时需用统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PIV和PTV技术的流体流动与固体运动信息同步测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于PIV技术的基本原理，用示踪粒子(7)来代替并标记流体场中的流体质点；步骤2：通过波长532nm激光器(10)显示并标定流体质点处的示踪粒子(7)；步骤3：用高速相机(1)记录被标记的流体质点运动的轨迹，通过高速相机极短的时间间隔重现流体质点的速度矢量，得到测试区域(5)中的流场流动信息；步骤4：基于PTV技术的基本原理，在波长532nm激光的照射下，在固体边界处使用罗丹明试剂(4)进行标记，应用高速相机记录被标记的物体边界运动轨迹，得到测试区域中的固体运动信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于PIV和PTV技术的流体流动与固体运动信息同步测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于PIV技术的基本原理，用示踪粒子(7)来代替并标记流体场中的流体质点；步骤2：通过波长532nm激光器(10)显示并标定流体质点处的示踪粒子(7)；步骤3：用高速相机(1)记录被标记的流体质点运动的轨迹，通过高速相机极短的时间间隔重现流体质点的速度矢量，得到测试区域(5)中的流场流动信息；步骤4：基于PTV技术的基本原理，在波长532nm激光的照射下，在固体边界处使用罗丹明试剂(4)进行标记，应用高速相机记录被标记的物体边界运动轨迹，得到测试区域中的固体运动信息。2.根据权利要求1所述的一种基于PIV和PTV技术的流体流动与固体运动信息同步测试方法，其特征在于：所述步骤3中在测试区域(5)的流场中布撒有浓度均匀的示踪粒子(7)来标记流场，该示踪粒子密度与流体介质相等。3.根据权利要求1所述的一种基于PIV和PTV技术的流体流动与固体运动信息同步测试方法，其特征在于：所述步骤4中用罗丹明试剂(4)标记固体中与液体相交处的边界部分，罗丹明试剂涂抹的宽度范围在1mm至3mm之间。4.根据权利要求1所述的一种基于PIV和PTV技术的流体流动与固体运动信息同步测试方法，其特征在于：所述步骤2中波长532nm的激光器(10)和片光源(9)形成激光片(8)光照射测试区域中的流场和固体，示踪粒子(7)反射出波长532nm的光，示踪粒子代表着流场中的流体质点，无罗丹明试剂(4)的固体边界部分在激光的照射下会反射出532nm的光，有罗丹明试剂(4)的固体边界部分在532nm激光的照射下会反射出625nm的光，被照亮的固体边界的位移信息代表着物体的运动信息。5.根据权利要求1所述的一种基于PIV和PTV技术的流体流动与固体运动信息同步测试方法，其特征在于：所述步骤3中高速相机(1)带有625nm低通滤光镜(3)，高速相机(1)拍摄测试区域(5)中流场的流动和物体的运动，高速相机(1)会记录下液体流场中被激光照亮的示踪粒子(7)和未涂有罗丹明试剂的固体边界部分(17)，涂有罗丹明试剂的固体边界部分(16)在高速相机(1)中显示为黑色，表示为固体边界的缺失，即图像像素值为0。6.根据权利要求1所述的一种基于PIV...

【专利技术属性】
技术研发人员：佘文轩，郭春雨，吴铁成，郭欣雨，李佳骏，孙守超，张东汗，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23