基于低密度粒子图像叠加的Micro-PIV速度场测量

徐 明，王昊利

(中国计量学院流体检测与仿真研究所，杭州 310018)

0 引言

Micro-PIV技术是1998年由Santiago等人在传统PIV技术基础上发展起来的微流体全场测速技术［1］。该技术通过对荧光示踪粒子图像进行互相关分析得到微流体速度矢量场，具有很高的测量精度和空间分辨率［1-2］。随着计算机技术，显微光学技术以及图像分析技术的发展，Micro-PIV技术在微流器件内流、电动微流体、微管流动转捩、流量测量乃至农业工程等领域得到了广泛应用［3-9］。早期由于条件限制，Micro-PIV实验研究通常以微流体内某一特征平面(如微通道中位面)的二维流场测量为主，揭示流场的典型局部特征。2005年以来，Micro-PIV技术已经开始逐渐向全场测量技术发展，为研究复杂流场的三维结构提供了重要的研究手段［10-11］。近年来，国内在Micro-PIV全场测量方面的研究工作也逐渐开展起来，主要通过测量不同流体层二维速度构建全场流场，这也是目前Micro-PIV获得全场流动结构的主要方法之一［12-14］。针对低雷诺数下微长直通道内全场速度场的测量，通道内部处层流状态下的流体在深度方向上的速度几乎为0，因此将不同深度层的二维速度场叠放在一起就可以获得全场速度分布。本文实测的长直微通道内流场符合这一特征，因此，可采用分层二维速度场测量进行构建。

基于粒子图像的速度场分析技术根据粒子密度的不同可分成两类，即基于低粒子密度的PIV技术和基于高粒子密度的PIV技术。前者是研究粒子运动的有效手段，但因为粒子密度较低，不适用于流场结构的测量，且算法复杂。……