烟迹流动显示与PIV技术的开发及其在桥梁风洞试验中的应用

发布时间：2017-10-11 15:40

  本文关键词：烟迹流动显示与PIV技术的开发及其在桥梁风洞试验中的应用

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【摘要】：流动显示技术能够直观的显示流体的运动状态,结合PIV算法,还可以定量分析流场的特征参数和分布情况,是实验流体力学研究中的重要技术手段。采用点激光器结合鲍威尔棱镜产生的片光源,以四氯化钛作为烟雾剂,实现了对风洞中物体绕流图像的显示。利用此技术,记录了圆柱绕流流动显示图像和扁平箱梁涡激振动流动显示图像,并与数值模拟结果进行了对比和讨论；以聚苯乙烯作为示踪粒子,使用自行设计的简化PIV装置,获取了槽道流PIV图像,并利用一种改进的PIV算法定量分析了流场特性,探讨了该套装置在生物医学及河流水文等领域应用的可能性。论文的具体研究内容如下：1、采用点激光器结合鲍威尔棱镜产生的片光源,以四氯化钛作为烟雾剂,记录了圆柱绕流图像,观察到了剪切层中的不稳定波。同时使用三种湍流模型对圆柱绕流进行数值模拟并与实际图像进行对比分析,讨论了三种湍流模型模拟圆柱绕流的优缺点。2、基于Runge-Kutta算法,提出了对结构流致振动响应进行数值求解的方法。对Runge-Kutta算法计算结果与Fluent计算网格更新之间存在的差异进行了修正处理,并通过Anagnostopoulos和Bearman实验参数验证了该数值求解方法的可靠性。采用该方法完成了对两自由度箱梁涡激振动的数值模拟。开展了二自由度悬挂系统箱梁节段模型风洞实验,记录了扭转涡振流动显示图像及该风速下的静止绕流图像,对比分析了数值模拟图像与实际流动图像之间的差异性,并讨论了流固耦合作用对箱梁绕流的影响。3、基于FFT互相关理论提出了一种改进的PIV算法,通过增加搜索半径来提高对较大位移粒子图像的计算精度,并利用标准PIV粒子图像验证了该算法的可靠性。同时利用自行设计的简化PIV装置,以聚苯乙烯作为示踪粒子,采用消费级相机获得了槽道流的PIV粒子图像。基于对各种分辨率及帧速率的图像进行的分析,讨论了引起计算误差的可能原因。并展望了使用该装置在生物医学及河流水文等领域应用的可能性。
【关键词】：流动显示 粒子图像测速 互相关分析 涡激振动 数值模拟
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 摘要6-7
• abstract7-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 引言11-13
• 1.2 流动显示技术简介13-20
• 1.2.1 流动显示技术的选择原则13
• 1.2.2 流动显示技术的现状13-18
• 1.2.3 新一代流动显示技术18-20
• 1.3 桥梁的涡激振动简介20-25
• 1.3.1 桥梁涡激振动实例20-23
• 1.3.2 涡激振动研究现状23-25
• 1.4 本文研究的意义及内容25-26
• 第2章 圆柱绕流显示及数值模拟26-45
• 2.1 圆柱绕流显示实验26-34
• 2.1.1 激光片光技术27-30
• 2.1.2 数字图像简介30-31
• 2.1.3 MATLAB图像增强31-34
• 2.2 圆柱静态绕流数值模拟34-40
• 2.2.1 圆柱绕流研究现状34-37
• 2.2.2 湍流的模拟37-39
• 2.2.3 圆柱数值模拟39-40
• 2.3 实验结果及对比分析40-43
• 2.4 本章小结43-45
• 第3章 箱梁涡振的数值模拟及流动显示45-58
• 3.1 Fluent动网格更新45-47
• 3.1.1 动网格更新方法45-46
• 3.1.2 Fluent用户自定义函数46-47
• 3.2 涡激振动结构响应求解47-49
• 3.2.1 振动方程求解47
• 3.2.2 网格更新参数修正47-49
• 3.3 圆柱涡振算例验证49-51
• 3.3.1 数值模型建立49-50
• 3.3.2 计算结果及分析50-51
• 3.4 箱梁涡振模拟及流动显示51-57
• 3.4.1 箱梁涡振数值模型建立51-52
• 3.4.2 数值计算结果分析52-55
• 3.4.3 试验结果分析对比55-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第4章 二维PIV的改进算法及实现58-77
• 4.1 PIV测速原理58-60
• 4.2 互相关分析技术60-64
• 4.2.1 直接互相关法60-62
• 4.2.2 基于FFT的互相关法62-63
• 4.2.3 FFT互相关算法改进63-64
• 4.3 亚像素处理64-65
• 4.4 错误矢量识别与修正65-66
• 4.4.1 频域低通滤波修正65
• 4.4.2 基于判别式的修正65-66
• 4.5 PIV算法验证66-69
• 4.6 PIV槽道流流场测试69-75
• 4.6.1 试验装置设计69-70
• 4.6.2 结果分析及应用探讨70-75
• 4.7 本章小结75-77
• 第5章 结论与展望77-79
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 附录A84-93

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 范洁川;流动显示技术的若干现状与发展[J];气动实验与测量控制;1995年01期

2 唐敏中;滚摆非定常流场的定量流动显示[J];流体力学实验与测量;2000年02期

3 周璐,王正华,李晓梅;计算流动显示的并行处理研究[J];空气动力学学报;2002年S1期

4 金辉,韩艳霞;光学流动显示的原理及其应用发展[J];甘肃科技;2005年09期

5 孙启明;流动显示的现状和发展[J];气动实验与测量控制;1989年03期

6 ;激光空间流动显示及流态图象采集处理系统研究通过部级鉴定[J];北京航空航天大学学报;1992年03期

7 申功p，

本文编号：1013374