粒子拖尾长度对高频DPIV测量误差的影响

陈启刚，李丹勋，钟 强，王兴奎

（清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084）

粒子拖尾长度对高频DPIV测量误差的影响

陈启刚，李丹勋，钟 强，王兴奎

（清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084）

基于连续激光源的高采样频率DPIV系统在进行曝光时可能会产生粒子拖尾现象。明渠湍流试验和数值模拟试验结果显示，粒子拖尾长度的增加会导致平均流速减小和湍流强度增大。分析表明，导致平均流速误差的原因之一是诊断窗口边缘局部粒子图像的缺失，且图像缺失程度会随着粒子拖尾长度增加而增大，从而使平均速度随粒子拖尾长度增加而减小；粒子拖尾的另一个直接后果是增大了粒子图像的有效粒径，从而导致湍流强度增大。通过增大第二个诊断窗口的尺寸，进行相关函数标准化和相关系数补偿等方法，可以消除粒子拖尾长度引起的误差。

PIV；拖尾长度；连续激光源；误差；平均速度；湍流强度

0 引 言

PIV是一种无干扰全场测速技术，可以快速获取瞬时二维或三维流速场。自20世纪80年代以来，随着对示踪粒子、光学设备、成像系统、速度提取算法等研究的不断深入，传统的PIV技术日趋成熟。

目前，标准的商用DPIV系统是以两台交错工作的脉冲激光为光源，数字摄像机按双帧单曝光模式拍摄示踪粒子图片，采用移动、变形或多重迭代的诊断窗口，基于快速傅里叶变换（FFT）对两个诊断窗口进行互相关计算得到速度场，通过相关系数峰值亚像素拟合可以提高测量精度［1－3］。……