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基于粒子图像分析的流场测试技术研究

作　者: 江诗群
导　师: 李一兵；刘晓平
学　校: 长沙理工大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 粒子图像分析互相关 Hartley变换预估搜索矢量修正 Delaunay网格插值
分类号: TV131.65
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

PIV是近20年发展起来的非接触流场测量技术，通过对流场图像的互相关分析获取流场运动信息，克服了接触式单点测量设备对流场产生扰动的局限性，能够进行平面二维流场的测试，是一种非常有发展前景的无扰动流场测量技术。本文通过对粒子图像分析技术在港航流体试验方面的发展状况以及当前的主要研究技术的了解，兼顾港航试验与计算机应用两方面的特点进行了研究，采取理论推导和实验相结合的技术路线，主要在PIV技术的快速算法和后处理方面作了一定的介绍，对错误矢量的识别与修正，以及流场的插值等后处理操作，并取得了一定的成果。(1)对实序列Fourier变换、复序列Fourier变换、Hartley变换等互相关分析的实现方法进行了比较，确定出了最优的实现方法，即基于Hartley变换的互相关图像分析方法。通过改进互相关分析中的诊断窗口的搜索算法，有效地提高了PIV分析精度并减少分析时间。(2)针对PIV(PTV)数据错误矢量进行识别、修正与插值方法进行了研究，通过Delaunay网格将离散的各流速点连接起来，形成参考区域，利用流体的连续性原理实现了离散数据中错误矢量识别、修正与插值。最后利用MATLAB语言进行了流场后处理设计并取得了满意的效果。(3)利用PIV技术，对低堰泄水闸水流特性进行了相关试验研究，使PIV在流体内部以及表面大范围的流场中的应用效果得到了检验。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-16
  1.1 研究背景及意义  9-13
  1.2 PIV技术的发展概况  13-15
    1.2.1 国内发展概况  13-14
    1.2.2 国外发展概况  14-15
  1.3 本文的研究内容  15
  1.4 本文拟采取的技术路线  15-16
第二章 PIV技术算法原理  16-37
  2.1 PIV技术原理简介  16-18
  2.2 互相关分析理论  18-27
    2.2.1 基于Fouier变换的互相关分析  19-21
    2.2.2 基于Hartley变换的互相关分析  21-24
    2.2.3 FFT与FHT计算量的对比  24-26
    2.2.4 FFT与FHT计算结果的比较  26-27
  2.3 亚像素运算  27-28
  2.4 图像的几何变换及校正  28-32
  2.5 位移预估搜索算法  32-37
    2.5.1 全局搜索法  32-33
    2.5.2 固定搜索范围法  33
    2.5.3 位移预估搜索算法  33-35
    2.5.4 改进位移预估搜索算法  35-37
第三章 PIV流场错误矢量的识别与插值  37-53
  3.1 错误矢量产生的原因与识别  37-38
  3.2 PIV的互相关算法数据中错误矢量的识别  38-41
    3.2.1 频域低通修正方法  38-39
    3.2.2 基于判别的修正方法  39-40
    3.2.3 流场修正实例  40-41
  3.3 粒子追踪算法数据中错误矢量的识别  41-44
    3.3.1 Delaunay三角网的构成  42
    3.3.2 基于流体连续性原理的错误矢量识别  42-44
  3.4 基于Delaunay网格的流场插值  44-47
    3.4.1 离散点常规插值方法  45-46
    3.4.2 基于Delauney网格的插值  46-47
  3.5 Matlab的程序实现  47-50
    3.5.1 Delaunay网格生成  48-49
    3.5.2 错误矢量的识别与修正  49-50
    3.5.3 距离加权插值  50
  3.6 实际流场处理结果  50-53
第四章低堰泄水闸水流运动特性的PIV分析  53-64
  4.1 低堰泄水闸堰面水流特性试验  53-57
    4.1.1 试验条件  53
    4.1.2 宽顶堰水流特性试验  53-55
    4.1.3 改进WES堰水流特性试验  55-57
  4.2 低堰多孔泄水闸泄流水流特性试验  57-64
    4.2.1 试验条件  57
    4.2.2 不同闸门调度方式下泄水闸水流特性试验  57-64
第五章土坝溃决时水流运动特性研究  64-69
  5.1 土坝溃决中的“陡坎”水流  64-65
  5.2 “陡坎”水流的PIV分析  65-69
    5.2.1 试验条件  65
    5.2.2 “陡坎”水流特性试验研究  65-69
第六章结论与展望  69-71
  6.1 主要结论  69
  6.2 研究展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
附录A 攻读学位期间发表论文目录  75
附录B 攻读学位期间从事科研项目目录  75

基于粒子图像分析的流场测试技术研究

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