- Предыстория исследования
В новом процессе проектирования и оптимизации самолетов, кораблей, автомобилей и других носителей необходимо изучать явление нестационарного течения при сверхзвуковой скорости. При взаимодействии сдвигового слоя, вихря и ударной волны явление нестационарного течения обычно очень сложное, и традиционная технология измерения двумерной плоскости 2D2C не может полностью понять правило изменения и структурные характеристики сложного поля течения.
2.Техническое введение
Технология Tomo-PIV объединяет традиционную технологию PIV с методами реконструкции. Основываясь на мультипликативном алгебраическом методе, она выполняет трехмерные расчеты кросс-корреляции распределений частиц, реконструированных в два смежных момента времени, тем самым достигая полномасштабных измерений скорости трехмерного пространственного поля потока.
3.Эксперимент
Из-за выделения или поглощения тепла, вызванного изменением фазы газ-жидкость, температура и давление двухфазного потока будут затронуты. Поэтому двухфазный поток газ-жидкость является типичным явлением нестационарного потока. Изучение двухфазного потока газ-жидкость помогает понять сложные явления потока.
4.Оборудование и процесс
Оборудование
Комплект экспериментального оборудования Tomo-PIV обычно состоит из высокоэнергетического лазера, группы объемных линз, четырех двухкадровых высокоскоростных камер Revealer PIV, синхронного контроллера, платы стереокалибровки, программного обеспечения RFlow 3D3C и т. д.
Процесс
Первый шаг --создать систему объемного лазерного освещения высокой энергии, используя группу объемных линз для расширения лазерного луча, излучаемого высокоэнергетическим лазером, в объемный источник света, освещающий трассирующие частицы в трехмерном пространстве, подлежащем измерению.
Второй шаг --установить систему получения изображений с разрешением по слоям. Четыре высокоскоростные камеры используются для нацеливания на область с разных углов, как показано на рисунке ниже. Фокусируйтесь до тех пор, пока изображения частиц не станут четкими. Все четыре высокоскоростные камеры подключены к синхронному контроллеру для одновременной съемки изображений с одинаковой временной последовательностью.
Третий шаг -- откалибровать систему получения изображений с разрешением по слоям. Захватывая несколько наборов изображений калибровочной платы с помощью нескольких камер, калибруется модель проекции для объекта и пространства изображения. Для повышения точности измерений Tomo-PIV выполняется стереосамокалибровка на изображениях частиц, как показано на рисунке ниже.
Шаг четвертый -- используйте программное обеспечение RFlow для реконструкции многовидовых изображений, система получения изображений с разрешением по слоям захватывает изображения частиц в разные моменты времени. Один набор этих изображений является входным, и метод MART используется для реконструкции трехмерных частиц, получая трехмерное пространственное распределение частиц в определенный момент времени, как показано на рисунке ниже.
Пятый шаг -- использовать программное обеспечение RFlow для последующего анализа трехмерного поля скорости и вихревых структур.
5.Результаты
Система получения изображений Tomo-PIV: высокоскоростная камера 1 фиксирует изображения двухфазного потока газ-жидкость.
Трехмерное поле потока вокруг пузырька.
Распределение изоповерхностей скорости вокруг пузырька.
Вихревые структуры вокруг пузырька, рассчитанные с использованием Q-критерия.
- Перспективы применения
Технология реконструкции Tomo-PIV, как передовая оптическая измерительная техника, является эффективным инструментом для измерения трехмерных нестационарных сложных полей потока, таких как турбулентность и многовихревая интерференция. Система Revealer Tomo-PIV отличается высоким пространственно-временным разрешением и точной реконструкцией, что делает ее пригодной для аэродинамики, гидродинамики и других областей исследований в аэрокосмической, военно-морской и автомобильной технике. Эта технология помогает инженерам постоянно улучшать производительность конструкции.
