基于数字粒子图像处理的细水雾雾场速度测量(2)
2．5 亚像素拟合 8
2．6 数据后处理-误差矢量剔除 9
2．7 算法的计算机实现 9
3 DPIV系统 12
3．1示踪粒子 12
3．2 光源系统 12
3．3 图像采集和处理系统 13
3．4 验证性实验 15
3.4.1 相关窗口大小和步长的确定 15
3.4.2 平移试验 20
3.4.3 旋转试验 22
3.4.4 亚像素拟合试验 24
4 细水雾雾场速度测量 25
4．1 实验装置 25
4．2 实验结果及讨论 25
4.2.1喷射压力实验 25
4.2.2通风实验 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1．1 课题背景和意义
通常将距喷头1米平面内99%的雾滴滴径小于1毫米的水雾称为细水雾 [1]。细水雾因其对环境无污染、对保护对象和现场人员安全、灭火迅速、耗水量小等优点被作为卤代烷系列灭火剂的主要替代品，因此关于细水雾速度分布等特性的实验测量及其对灭火机理的影响研究备受世界各国的重视[2]。在细水雾的特性参数中包括了动量参数，它的大小决定了液滴的运动距离以及对火焰的穿透能力。动量越大，液滴穿透火焰能力越强；若液滴动量不足，使得液滴无法穿透火焰，细水雾的灭火效果会很差。此外，在微机械加工过程中热表面的雾滴蒸发冷却研究中，亦非常关心雾滴的速度分布等雾特性参数的试验测量问题[3,4]。
流场显示和测量问题由来已久。流动现象是自然界中普遍存在的一种现象，这些现象存在于人类社会的各个学科、各个行业、各个领域、各个部门。近代流体力学、空气动力学、水动力学、材料学、农林科学、气象学、燃烧学以及航空航天工程等都提出了一系列流动问题。这些流动问题归纳起来有告诉流、低速流、燃烧流、湍流、多相流等。这些流动现象中很多都是现代高新技术以及国防科技中存在的复杂流动。特别是非定常流动、湍流等现象一直是流体力学研究中重要的研究课题及疑难问题。如通过血液探索病理、飞行器模拟实验、大型水坝模型实验等，都离不开对流动的测量，而测量的主要参数就是流体运动的速度，因此测量流速是研究流动现象的必不可少也极为重要的环节。早期的热线热膜流速计（简称WFA）和激光多普勒测速技术(简称LDV)是流体测量的有利手段，但其只能进行单点测量，无法实现全场测量。全场测速技术是近代发展起来的一种跨学科的流场诊断技术，充分利用了激光技术、图像技术、计算机技术和近代光学技术的最新成果[5]。全场测速技术包括激光散斑全场测速技术(Laser Speckle Velocimetry，简称LSV) [6,7,8]、粒子跟踪测速技术(Particle Tracking Velocimetry，简称PTV)、粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry，简称PIV)、数字粒子图像测速技术(Digital Particle Image Velocimetry，简称DPIV)、全息粒子测速(Holographic Particle Velocimetry，简称HPV) [9]等。
从七十年代末开始兴起的激光散斑全场测速技术，经过人们的不断研究，逐渐演变为粒子图像测速技术和粒子跟踪测速技术。实际上它们都属于粒子图像测速范畴，需要在流场中添加示踪粒子。当流场中粒子浓度极低时，就有可能识别跟踪单个粒子的运动，从记录的粒子图像中测得单个粒子的位移，这种低粒子图像密度模式的测速方法即为PTV技术；当流场中粒子浓度很高，以至于相干光(激光)照明时，粒子衍射图像在成像系统像面上相互干涉形成激光散斑图案(散斑己掩盖了真实的粒子图像)，这种极高粒子图像密度模式的测速方法即为LSV技术，这种情况下底片判读测出的是粒子图像散斑位移；而当粒子浓度被选择成较高成像密度模式，但成像系统像面上还没有形成散斑图案时，这种测速方法称为PIV技术。这时形成的图案仍然是真实的粒子图像(或单个粒子的衍射图像)，然而这些粒子已无法识别，底片判读只能获得一个判读小区域(Interrogation Spot，像面直径一般为0.5-1mm)中多个粒子图像位移的统计平均值[10]。HDV方法利用全息胶片记录下三文空间的粒子分布信息，但同时也记录下了粒子多次散射的噪声以及由相干光导致的散斑噪声。这些噪声的存在严重影响了数据的精度。
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