高頻粒子圖像測速系統(tǒng)原理與實踐

目錄

第1章緒論

1.1引言

1.2PIV基本原理

1.3PIV發(fā)展歷程

1.3.1光源系統(tǒng)

1.3.2成像系統(tǒng)

1.3.3分析方法

1.3.4標準配置

1.4PIV發(fā)展趨勢

1.4.1三維粒子圖像測速技術(shù)

1.4.2高頻粒子圖像測速技術(shù)

1.5PIV國際交流與合作

第2章PIV硬件系統(tǒng)

2.1示蹤粒子

2.1.1跟隨性

2.1.2散光性

2.1.3選擇與使用

2.2光源

2.2.1激光

2.2.2調(diào)Q技術(shù)

2.2.3雙脈沖激光系統(tǒng)

2.3光路

2.3.1高斯光束

2.3.2片光光路

2.3.3體光光路

2.3.4導(dǎo)光設(shè)施

2.4相機

2.4.1CCD相機

2.4.2CMOS相機

2.4.3CCD與CMOS相機對比

2.5鏡頭

2.5.1鏡頭與透鏡

2.5.2鏡頭的光圈

2.5.3鏡頭的像差

2.5.4鏡頭的景深

2.5.5鏡頭的接口

第3章粒子圖像獲取

3.1成像原理

3.1.1簡單成像

3.1.2成像分辨率

3.1.3傾斜成像

3.2粒子成像

3.2.1衍射極限成像

3.2.2單粒子成像

3.2.3多粒子成像

3.3拍攝粒子圖像

3.3.1圖像曝光

3.3.2圖像像素化

3.3.3成像噪聲

3.4形成數(shù)字圖像

3.4.1數(shù)字圖像的表示

3.4.2BMP圖像文件

3.4.3TIFF圖像文件

3.5粒子圖像合成

3.5.1標準圖像

3.5.2流場及參數(shù)處理

3.5.3粒子圖像合成算法

第4章粒子圖像分析

4.1圖像前處理

4.1.1背景剔除

4.1.2圖像增強

4.1.3圖像去噪

4.2流場計算基本方法

4.2.1概述

4.2.2自相關(guān)算法

4.2.3互相關(guān)算法

4.3流場計算輔助方法

4.3.1窗函數(shù)

4.3.2亞像素插值

4.3.3錯誤矢量剔除

4.3.4流速矢量插補

4.4流場計算高級方法

4.4.1窗口平移

4.4.2圖像變形

4.4.3多級網(wǎng)格迭代

4.5特殊處理技術(shù)

4.5.1非正方形窗口

4.5.2固體邊界處理

4.6誤差及優(yōu)化準則

4.6.1PIV計算誤差

4.6.2判讀窗口尺寸影響

4.6.3粒子拖尾影響

4.6.4PIV優(yōu)化準則

第5章流場后處理

5.1流場去噪

5.2速度統(tǒng)計參數(shù)

5.2.1平均流速

5.2.2高階速度矩

5.2.3相關(guān)與能譜

5.3流速導(dǎo)出變量

5.3.1速度梯度

5.3.2渦量

5.3.3壓力場

5.4渦識別方法

5.4.1方法推導(dǎo)

5.4.2方法對比

5.5樣本參數(shù)分析

5.5.1問題的提出

5.5.2實驗及方法

5.5.3采樣頻率分析

5.5.4采樣歷時分析

5.5.5參數(shù)耦合分析

5.5.6小結(jié)

第6章高頻PIV系統(tǒng)實踐

6.1系統(tǒng)搭建方法

6.1.1激光器及光路

6.1.2相機及鏡頭

6.1.3測架

6.1.4分析軟件

6.2系統(tǒng)測試

6.2.1算法檢驗

6.2.2綜合檢驗

6.3在明渠紊流研究中的應(yīng)用

6.3.1實驗設(shè)備及水流條件

6.3.2明渠紊流統(tǒng)計參數(shù)

6.3.3渦的演化特征

6.3.4橫向渦對雷諾應(yīng)力的貢獻

6.3.5橫向渦與凈力之間的關(guān)系

6.4在方腔流中的應(yīng)用

6.4.1實驗系統(tǒng)及實驗條件

6.4.2時均流場結(jié)構(gòu)

6.4.3大尺度環(huán)流

6.4.4渦旋的空間分布

第7章超高分辨率高頻PIV系統(tǒng)

7.1基本原理

7.2硬件系統(tǒng)

7.2.1攝像系統(tǒng)

7.2.2光源系統(tǒng)

7.3圖像處理與計算方法

7.3.1圖像處理

7.3.2粒子匹配算法

7.4黏性底層測量中的應(yīng)用

7.4.1研究背景

7.4.2實驗條件

7.4.3時均流速

7.4.4紊動強度與雷諾應(yīng)力

7.4.5偏態(tài)和峰度系數(shù)

附錄A主要符號對照表

參考文獻