- Antecedentes de la investigación
En el nuevo proceso de diseño y optimización de aeronaves, barcos, automóviles y otros portaaviones, es necesario estudiar el fenómeno del flujo inestable a través de la velocidad supersónica. Bajo la interacción de la capa de corte, el vórtice y la onda de choque, el fenómeno del flujo inestable suele ser muy complejo, y la tecnología tradicional de medición del plano bidimensional 2D2C no puede comprender completamente la regla de cambio y las características estructurales del campo de flujo complejo.
2.Introducción técnica
La tecnología Tomo-PIV combina la tecnología PIV tradicional con técnicas de reconstrucción. Basándose en el método algebraico multiplicativo, realiza cálculos de correlación cruzada tridimensional sobre distribuciones de partículas reconstruidas en dos instantes temporales adyacentes, logrando así mediciones de velocidad de campo completo del campo de flujo espacial tridimensional.
3.Experimento
Debido a la liberación o absorción de calor causada por el cambio de fase gas-líquido, la temperatura y la presión del flujo bifásico se verán afectadas. Por lo tanto, el flujo bifásico gas-líquido es un fenómeno típico de flujo inestable. El estudio del flujo bifásico gas-líquido ayuda a comprender los fenómenos de flujo complejos.
4.Equipos y procesos
Equipo
Un conjunto de equipos experimentales Tomo-PIV normalmente consta de un láser de alta energía, un grupo de lentes de volumen, cuatro cámaras de alta velocidad de doble fotograma Revealer PIV, un controlador sincrónico, una placa de calibración estéreo y software RFlow 3D3C, etc.
Proceso
Primer paso --construir un sistema de iluminación láser de volumen de alta energía, utilizando el grupo de lentes de volumen para expandir el rayo láser emitido por el láser de alta energía en una fuente de luz volumétrica, iluminando las partículas trazadoras en el espacio tridimensional a medir.
Segundo paso --Configurar un sistema de adquisición de imágenes con resolución de capas. Se utilizan cuatro cámaras de alta velocidad para enfocar el área desde diferentes ángulos, como se muestra en la figura siguiente. Enfocar hasta que las imágenes de partículas sean nítidas. Las cuatro cámaras de alta velocidad están conectadas a un controlador sincrónico para capturar imágenes simultáneamente con la misma secuencia de tiempo.
Tercer paso -- calibrar el sistema de adquisición de imágenes con resolución de capas. Al capturar múltiples conjuntos de imágenes de la placa de calibración con múltiples cámaras, se calibra el modelo de proyección para el objeto y el espacio de la imagen. Para mejorar la precisión de la medición de Tomo-PIV, se realiza una autocalibración estéreo en imágenes de partículas, como se muestra en la siguiente figura.
Cuarto paso -- Utilizando el software RFlow para la reconstrucción de imágenes multivista, el sistema de adquisición de imágenes con resolución de capas captura imágenes de partículas en diferentes momentos. Se introduce un conjunto de estas imágenes y se utiliza el método MART para reconstruir las partículas tridimensionales, obteniendo una distribución espacial tridimensional de partículas en un momento específico, como se muestra en la figura siguiente.
Quinto paso -- utilizar el software RFlow para el análisis posterior del campo de velocidad tridimensional y las estructuras de vórtice.
5.Resultados
Sistema de adquisición de imágenes Tomo-PIV: La cámara de alta velocidad 1 captura imágenes del flujo bifásico gas-líquido.
Campo de flujo tridimensional alrededor de la burbuja.
Distribución de isosuperficies de velocidad alrededor de la burbuja.
Estructuras de vórtice alrededor de la burbuja calculadas utilizando el criterio Q.
- Perspectivas de aplicación
La tecnología de reconstrucción Tomo-PIV, como técnica de medición óptica avanzada, es una herramienta eficaz para medir campos de flujo complejos e inestables tridimensionales, como la turbulencia y la interferencia de múltiples vórtices. El sistema Tomo-PIV de Revealer presenta una alta resolución espaciotemporal y una reconstrucción precisa, lo que lo hace adecuado para la aerodinámica, la hidrodinámica y otras áreas de investigación en la ingeniería aeroespacial, naval y automotriz. Esta tecnología ayuda a los ingenieros a mejorar continuamente el rendimiento del diseño.
