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 System volumen 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 Thousand Eye Wolf-Hoch geschwindigkeit kamera und PIV-Messtechnik, das Team von Ding Junfei an der Taiyuan University of Technology schlug innovativ eine drei dimensionale Partikel bild geschwindigkeits technologie mit drei Farben vor, die auf einer einzigen Hoch geschwindigkeit kamera basiert. Dies war Vorreiter bei der Integration der optischen Pfad modulation und intelligenter Algorithmen, um einen Vollbild rahmen zu erreichen. Hoch auflösende drei dimensionale Transienten geschwindigkeit sfeld messung.
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.
1. Drei-Farben-Masken-Bildgebung system: Es besteht aus einer Hochgeschwindigkeits-Kamera der Thousand Eyes Wolf Revealer Mini-Serie, einer maßge schneider ten Drei-Farben-Maske und einem Objektiv. Die dreifarbige Maske enthält drei Schmal band filter mit Wellenlängen von 450/532/650nm, die in einem gleich seitigen Dreieck angeordnet und vor dem Kamera objektiv installiert sind. Durch Modulation der Farb information des Lichts durch die Drei farben maske zeichnen die RGB-Kanäle der Hoch geschwindigkeit kamera Bilder von drei verschiedenen Perspektiven auf. Realisierung der 3D3C-Geschwindigkeitsfeldmessung in voller Auflösung.
2. Laser-Beleuchtungs system: Hoch energetischer weißer Laser mit Wellenlängen von 450/532/650nm und Leistung von 3W, verwendet, um fehlende Partikel im Strömungs feld anzuregen.
3. Daten erfassungs-und-verarbeitung system: Ausgestattet mit einem Hoch leistungs rechner zur Erfassung, Speicherung und Verarbeitung von Partikel bilddaten. Und GPU-beschleunigtes Computing wird verwendet.
1. Erstellen Sie ein Drei-Farben-Masken-Bildgebung system (Abbildung 1) und führen Sie die Daten erfassung durch. Einzelbild bilder zeichnen Partikel informationen aus drei Perspektiven über RGB-Kanäle auf.
Abbildung 1
2. Die projizierten Partikel bilder wurden durch Simulation künstlicher Partikel felder synth etisiert, und der MLOS-SMART algorithmus wurde für die drei dimensionale Partikel rekonstruktion verwendet.
3. Die Genauigkeit der Geschwindigkeit sfeld messung der Drei farben maske PIV-Technologie wurde unter Verwendung des synth etisierten drei dimensionalen Gaußschen Wirbelfeldes bewertet.
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.
1. Überprüfung der Leistungs fähigkeit der Partikel rekonstruktion: Die Partikel rekonstruktion leistung des PIV-Systems mit drei Farben masken wurde detailliert analysiert, indem das künstliche Partikel feld simuliert und das projizierte Partikel bild synth etisiert wurde. Der MOLS-SMART algorithmus wurde verwendet, um eine drei dimensionale Rekonstruktion von Partikel bildern unter verschiedenen Parametern durch zuführen. Abbildung 2 zeigt ein spezifisches drei dimensionales Partikel rekonstruktion serge bnis.
Abbildung 2
Das blaue Ellipsoid repräsentiert die rekonstruierte Partikel form und das Dunkelrot 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
In der Bild verarbeitung phase, das ursprüngliche Partikel bild, das von einer einzelnen Hoch geschwindigkeit kamera unter Verwendung eines dreifarbigen Masken bildgebung systems aufgenommen wurde, 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, und die blaue Perspektive (Abbildung 3 (d)) erfasst die Details der seitlichen Wirbels truktur.
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 Vortizität 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 des tomo grafischen PIV (Qdiv = 0,66) und des Stereo-PIV (Qdiv = 0,82) überein stimmt. Technologien, was darauf hinweist, dass die Technologie eine hohe Mess genauigkeit und Zuverlässigkeit aufweist.
Als neues 3D3C-PIV Geschwindigkeit sfeld mess verfahren 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.
EnthüllerHoch geschwindigkeit kameras der Mini-Serie haben eine hoch auflösende Bildrate von 3000 Bildern/Sekunde, ein kompaktes Karosserie design und eignen sich für eine hochpräzise dynamische Erfassung in kleinen Räumen.
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