Hintergrund
In den Bereichen Luft-und Raumfahrt und Energie leistung ist die Messung der Geschwindigkeit sfeld informationen drei dimensionaler transienter Strömungs felder entscheidend für das Verständnis des Verhaltens der Strömungs mechanik und die Optimierung des Systemdesigns.
Herkömmliche drei dimensionale Partikel-Bild-Velocimetrie-Technologien wie die Tomo-Tomographie PIV basieren auf Mehrkamera-Arrays, haben eine große System größe und einen komplexen Betrieb und sind in geschlossenen Räumen schwer zu messen. Einzel kamera lösungen wie Licht feld PIV weisen Auflösung beschränkungen auf.
Basierend auf der Hoch geschwindigkeit kamera und der PIV-Messtechnik des Reveal ers, das Team von Ding Junfei von der Taiyuan University of Technology schlug innovativ eine drei dimensionale Partikel-Bild-Velocimetry-Technologie mit drei Farben masken (Tri chromatic Mask PIV) vor, die auf einer einzigen Hoch geschwindigkeit kamera basiert. Es war Pionier bei der Fusion von optischer Pfad modulation und intelligenten Algorithmen, um eine hoch auflösende drei dimensionale Messung des transienten Geschwindigkeit feldes in vollem Rahmen zu erreichen.
Die Forschungs ergebnisse wurden in der Arbeit "Eine volumet rische Partikel-Bild-Velocimetrie-Technik basierend auf einer einfarbigen Kamera mit tri chromatischer Maske" ver öffentlicht
Experimentelle Plattform
1. Drei-Farben-Masken-Bildgebung system: Es besteht aus Hoch geschwindigkeit kamera der Revealer-Mini-Serie, einer maßge schneider ten Drei-Farben-Maske,
Die dreifarbige Maske enthält drei Schmal band filter mit Wellenlängen von 450/532/650nm. Gleich seitige Drei
Die Drei-Farben-Maske wird verwendet, um die Farb information des Lichts zu modulieren, so dass die RGB
Die Kanäle zeichnen Bilder aus drei verschiedenen Perspektiven auf und realisieren eine 3D3C-Geschwindigkeitsfeldmessung mit vollem Sichtfeld und voller Auflösung.
2. Laser-Beleuchtungs system: Hoch energetischer weißer Laser, Wellenlänge 450/532/650nm, Leistung 3W, verwendet, um das Strömungs feld anzuregen
Die fehlenden Partikel in.
3. Daten erfassungs-und-verarbeitung system: ausgestattet mit Hoch leistungs rechnern für die Erfassung, Speicherung und Verarbeitung von Partikel bilddaten.
Verwenden Sie GPU, um das Computing zu beschleunigen.
Experimentelle Verfahren
1. Erstellen Sie ein Drei-Farben-Masken-Bildgebung system (Abbildung 1) und sammeln Sie Daten. Ein Einzelbild zeichnet Partikel informationen aus drei Perspektiven über die RGB-Kanäle auf.
Abbildung 1
2. Die projizierten Partikel bilder werden durch Simulieren künstlicher Teilchen synth etisiert, und der MLOS-SMART algorithmus wird verwendet, um drei dimensionale Teilchen zu rekonstruieren.
3. Verwenden Sie das synthetische drei dimensionale Gaußsche Wirbelstrom feld, um die Genauigkeit der Geschwindigkeit sfeld messung der dreifarbigen Maske PIV-Technologie zu bewerten.
4. Eine Null-Netto-Massenflussstrahl-ZNMF-Versuchs plattform wurde entwickelt, um die tatsächliche Mess fähigkeit der Drei-Farben-Masken-PIV-Technologie durch Vergleich mit den Stereo-PIV-und tomo grafischen PIV-Technologien zu überprüfen.
Experimentelle Daten und Ergebnisse
Das PIV-System wurde im Detail analysiert, indem das künstliche Partikel feld simuliert und das projizierte Partikel bild synth etisiert wurde. Der MOLS-SMART algorithmus wurde verwendet, um eine 3D-Rekonstruktion von Partikel bildern unter verschiedenen Parametern durch zuführen. Abbildung 2 zeigt ein spezifisches Ergebnis der 3D-Partikel rekonstruktion. Das blaue Ellipsoid repräsentiert
Abbildung 2
Die rekonstruierte Partikel form, dunkelrot, repräsentiert die ideale Partikel form. Der Unterschied ist haupt sächlich auf den begrenzten Betrachtung winkel der Drei farben maske zurück zuführen, der zu einem Erweiterungs effekt in Tiefen richtung des Partikels führt. die Qualität der Partikel rekonstruktion und damit die Genauigkeit der PIV-Messung beeinflussen. Das Sichtfeld kann erhöht werden und der Partikel rekonstruktion effekt kann verbessert werden, indem relevante Parameter optimiert werden, wie z. B. die Erhöhung des Apertur durchmessers, die Erhöhung des Masken loch abstands, verringerung der Brennweite und der Schieß distanz usw.
2. Verifizierung des synthetischen Gaußschen Wirbel zirkulation feldes: Die Genauigkeit der Geschwindigkeit sfeld messung der PIV-Technologie mit drei Farben masken wird unter Verwendung eines synthetischen drei dimensionalen Gaußschen Wirbel feldes bewertet. Wenn der Wirbel kern durchmesser (1,4/-M) mm beträgt, stimmt die Geschwindigkeit feld verteilung in hohem Maße mit dem theoretischen Modell überein.
Abbildung 3
3. ZNMF-Jet-Experiment
Hoch geschwindigkeit kamera mit einem Drei-Farben-Masken-Bildgebung system zeigt die Farb informationen der RGB-Kanal-Fusion (Abbildung 3 (a)). Nach der Korrektur des Farb übersprechen wird das Originalbild in Graustufen bilder von drei unabhängigen Perspektiven unterteilt: Rot, Grün und Blau (Abbildung 3 (b)-(d)). die den Unterschied in der Partikel verteilung an verschiedenen räumlichen Positionen deutlich zeigen: im roten Perspektiv bild (Abbildung 3 (b)), Die Längs verschiebung der Partikel hinter der Düse ist signifikant, während die blaue Perspektive (Abbildung 3 (d)) die Details der seitlichen Wirbels truktur erfasst.
Abbildung 4
Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die momentane Wirbel ringstruktur am Düsen auslass (Durchmesser 10mm, St = 0,77, Re = 32) und das Geschwindigkeit sfeld mit den klassischen Strahl eigenschaften übereinstimmen. Mit der Zeit bewegt sich der Haupt wirbel ring stromabwärts, die Kohärenz des Strömungs feldes nimmt ab und der Geschwindigkeit vektor und die Größe der Vorticity in Z-Richtung nehmen signifikant ab.
Abbildung 5
Durch den Geschwindigkeit gradienten änderungs test wurde der Divergenz fehler Pearson-Koeffizient Qdiv = 0,76, der mit den Messergebnis sen von tomo grafischem PIV ( Qdiv = 0,66) und Stereo PIV ( Qdiv = 0,82) überein stimmt. Technologie, was darauf hinweist, dass diese Technologie eine hohe Mess genauigkeit und Zuverlässigkeit aufweist.
3D3C-PIV Geschwindigkeit sfeld messmethode basierend auf einer einzigen Hoch geschwindigkeit kamera, die dreifarbige Masken-PIV-Technologie kann die drei dimensionale räumliche Verteilung von Partikeln im Strömungs feld genau rekonstruieren und das transiente Geschwindigkeit sfeld berechnen. Dies bietet eine starke Unterstützung für eingehende Untersuchungen zu den Strömungs eigenschaften komplexer Strömungs felder und überprüft auch die Machbarkeit und Wirksamkeit der dreifarbigen Masken-PIV-Technologie bei der tatsächlichen Durchfluss feld messung. In Zukunft wird erwartet, dass die dreifarbige Masken-PIV-Technologie in den Bereichen Luft-und Raumfahrt, Energie-und Energie technik, Umwelt technik und anderen Bereichen eine größere Rolle spielt.
Angehängt ist das Star produkt von Qianyanlang-die Hoch geschwindigkeit kamera der Mini-Serie
Hoch geschwindigkeit kameras der Qianyanlang Mini-Serie haben eine Aufnahme Bildrate von 3000 Bildern pro Sekunde unter 1080P hoch auflösendem Rahmen und ein kompaktes Karosserie design. welches für hochpräzise dynamische Erfassung in kleinen Räumen geeignet ist.
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