基于高速纹影/阴影成像的流场测速技术研究进展

朱海军，王倩，梅笑寒，吴羽，赵长颖

上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240

0 引 言

流体运动作为自然界最为普遍的现象之一，广泛存在于流体力学、空气动力学、生命科学等各个领域。自1904年Prandtl通过水槽和手动叶轮，利用漂浮在水面上的云母粒子观察到稳定和不稳定流动现象以来，人类对流体运动现象的研究和探索就从未停止。速度是流体运动最主要的特征参数之一，速度场的精确测量对于了解流场特性具有重要意义。随着计算机技术、数字图像处理技术、激光技术的快速发展以及新理论的不断提出，流场测速技术在过去几十年有了飞跃式发展，从接触式单点测量逐步发展为非接触式单点测量、二维及三维全流场测量。目前常用的二维全流场测速技术主要分为两类：一类是以获得欧拉信息为主的粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry，PIV），另一类是以获得拉格朗日信息为主的粒子追踪测速技术（Particle Tracking Velocimetry，PTV）。它们的基本原理是向流体中均匀布撒示踪粒子，利用脉冲激光照射流场，使得流场中的示踪粒子反射或荧光显示，采用相机同步捕获粒子图像，对粒子图像进行处理获得相应的速度场信息。

对于复杂流动问题，二维测量技术难以揭示三维空间内的流动全貌。为突破限制，国内外学者对三维流场测量技术给予了高度关注。将二维PIV/PTV技术拓展至三维全流场测量的难点在于粒子深度方向的位置和速度的确定。近年来，随着光学新技术的发展……