[发明专利]一种基于PIV的平板湍流边界层流场结构测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于PIV的平板湍流边界层流场结构测量装置，其特征在于，所述实验装置包括风洞、测试平板、高速相机、发烟箱、激光器、片光系统；

所述空气通道由气体收集段、稳定段、收缩段、实验段、扩散段、拐角段、动力段、出口段顺次连通构成，空气从气体收集段向出口段流动；在实验段内按气流方向先后设置有压力传感器和测试平板，在动力段内部设置有变频电机、动力叶片及整流静叶片；

所述测试平板包括支撑架、透明平板、压力梯度调节板、电推杆、辅助支架、粗糙带、转捩拌线；透明平板置于支撑架上且水平固定在所述的风洞实验段中央；辅助支架前缘与支撑架后缘铰接，辅助支架后缘与支撑架通过电推杆连接，压力梯度调节板固定于辅助支架上，粗糙带和转捩拌线依次布置于透明平板前缘；

所述发烟箱位于测试平台前段，转捩绊线之后，通过管道与风洞外的发烟器连接；

所述的激光器固定在风洞实验段上方外壁面，通过片光系统中的反光片使激光垂直于测试平板，激光经过片光系统中的展光器形成片光后，射入风洞内，片光与测试平板垂直且平行于来流，测试平板被片光覆盖范围使用黑色平板替换，减少反光影响，所述高速相机布置与风洞外，从侧面与片光垂直，聚焦于片光平面。

2.根据权利要求1所述的基于PIV的平板湍流边界层流场结构测量装置，其特征在于，所述的发烟箱的出口为一道出射面与测试平台呈15°的细缝。

3.应用如权利要求1所述的装置测量平板湍流边界层流场结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：

测试前调整激光垂直于测试平台后，使用展光器将激光展为片光且片光平面平行于来流，激光聚焦于测试平台上方不远处，使用贴有网格的平板与激光面贴合摆放，对高速相机进行对焦以及画幅等参数的确定；

通过控制动力段的变频电机及动力叶片，使得风洞内产生指定速度流场，同时启动发烟器，使得发烟箱中充满烟雾后缓缓从出口溢出，在实验段形成流动速度均匀性好、湍流度低的紧贴测试平台的稳定流动烟雾之后，启动高速相机记录一段时间的影像；

其中高速相机工作分辨率为1150×710Pixels，采样频率为4500Hz，使用PIVLAB软件进行图像处理，互相关计算的查问域选为16×16Pixels，每个速度矢量的空间分辨率为1.12mm，通过相应邻查问域相邻帧之间的变化得到单帧内粒子的运动，通过重构获得两帧之间的瞬态速度场和涡量云图，通过比较瞬态速度场与涡量云图变化，直观获得流场变化；

整个过程中，通过压力传感器测得的数据获得实验段内的气体流速，通过控制变频电机的转速调节整个空气通道内气体的流速，通过控制电推杆调节压力梯度调节板的角度，从而调节测量平板上表面流动的压力梯度分布，达到零压力梯度分布状态。