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粒子图像测量系统PIV

       粒子图像测速法(PIV)是一种基于流动可视化的光学测试技术,用于获取流体的瞬时速度及相关流动参数。

       实验需向流场中投加示踪粒子;当粒子粒径足够小时,可认为粒子能够精准跟随流体的动力学运动,粒子对流动的跟随能力由斯托克斯数表征。对混有示踪粒子的流体进行光照,使粒子成像可见,再依据示踪粒子的运动信息,求解待测流场的速度大小与方向,即速度矢量场。

       PIV 与传统技术(如:激光多普勒测速法)的核心区别在于:PIV 能够得到二维乃至三维矢量场,而传统技术仅可完成单点速度测量。PIV 测试的粒子浓度较低,虽可在图像中分辨出单个粒子,但无法可靠追踪粒子在多帧图像之间的运动轨迹。若粒子浓度进一步降低至可实现单粒子追踪,该技术即为粒子追踪测速法(PTV,实验领域中拉格朗日粒子追踪的标准方法);而当粒子浓度过高,图像中已经无法分辨单个粒子时,则采用激光散斑测速法。

      粒子图像测速(PIV)系统主要包含:拍摄模块(CCD/CMOS相机)、光源模块(激光器、导光臂)、控制模块(同步控制器),显微模块(显微光路)以及分析软件(2D2C、2D3C、V3V、TR-PIV、PTV、PLIF等)。

 

      

 

2D2C-PIV                                                                 2D3C-PIV

 

 

         粒子图像测速技术(PIV)也受益于计算流体动力学 (CFD)模拟的发展,CFD 模拟已成为预测和分析流体流动行为的强大工具。PIV 数据可用于验证和校准 CFD 模拟,反过来,CFD 模拟也能为 PIV 数据的解释和分析提供参考。实验 PIV 测量与数值模拟的结合,使研究人员能够更深入地理解流体流动现象,并在各个科学和工程领域取得了新的发现和进展。

         PIV 还与其他测量技术(例如温度和浓度测量)相结合,以提供更全面、多参数的流动测量。例如,将 PIV 与热成像荧光或激光诱导荧光相结合,可以同时测量速度场和温度场或浓度场,从而为研究流体流动中的传热 、混合和化学反应提供宝贵的数据。

 

 

 

 

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