[发明专利]粒子成像测速技术在风洞测试过程中的示踪粒子散布装置

说明书

本发明涉及一种粒子成像测速技术在风洞测试过程中的示踪粒子散布装置，该装置包括：支撑部、至少一个粒子散布管以及粒子发生装置。粒子发生装置与粒子散布管连通，用于产生示踪粒子并将雾化的示踪粒子排出至粒子散布管。由于支撑部的侧壁与风洞的收缩段末端的洞体固定连接，粒子散布管的两端分别与支撑部的侧壁固定连接，因此支撑部位于风洞流场之外，仅有粒子散布管位于风洞的流场内，从而示踪粒子散布装置的迎风面积小、对流场的干扰小、可靠性强。由于粒子散布管能够沿支撑部的侧壁的长度方向调节位置，因此可以根据实验的需要将粒子散布管的位置调节至与待测截面对应，从而便于调节示踪粒子的散布位置，测量区域灵活。

技术领域

本发明涉及风洞实验技术领域，特别涉及粒子成像测速技术(Particle ImageVelocimetry，PIV)在风洞测试过程中的示踪粒子散布装置。

背景技术

为了模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，风洞可提供以人工方式产生并且可控制的气流环境，同时结合测速、测压、测力等实验设备可量化气流对实体的作用效果并观察实验现象。

风洞实验技术自出现以来伴随着现代航空工业的发展而不断进步，越来越多的高新测量技术被应用于风洞实验环境。PIV作为一种非接触式的全流场速度测量技术，可记录一段时间内某一平面或者空间区域中每一时刻的速度信息，具有空间流场的时间解析能力。其原理是在流场中均匀地散布大量反光性能良好并且可跟随流场运动的示踪粒子，利用激光器等光源照亮测量区域内的示踪粒子并使用数字相机拍摄粒子照片，最后通过互相关技术计算前后两帧或多帧照片内示踪粒子的位移。在两帧照片拍摄时间间隔足够短的情况下，根据已知的位移和时间间隔可以得到示踪粒子的移动速度，并用其表征测量区域内的流场速度。PIV不仅克服了以往流场测量中单点测量及设备对流场干扰的局限性，而且具有高精度和高分辨率，目前在涉及流场测量的机械、冶金、化工、汽车、航空、水文和医学等众多领域应用广泛。

在流动显示技术的基础上，PIV测速充分利用光学技术、现代计算机技术和图像处理技术，并随着这些技术的进步而不断发展。典型的PIV系统主要由照明系统、成像系统和图像处理系统等部分组成。照明系统主要由连续或脉冲激光器、光路系统和片光源光学镜头组等构成；成像系统包括数字照相机和信号同步器等；图像处理系统主要是分析软件和工作站。

目前，PIV技术应用最好的领域是在水流实验中单一平面的流场测量。因为水介质中容易均匀地散布示踪粒子，粒子颗粒较大且散射性好，同时水流速度较低，容易拍摄到清晰的粒子图像而获得准确且精度高的流场信息。由此可知示踪粒子的散布质量与PIV测量结果密切相关，因此在风洞流场测量中如何均匀散布示踪粒子是个关键点。

传统的风洞粒子散布装置主要为“井”字或网格结构粒子散布耙，以及一端或两端固定的粒子散布管等。散布耙的主要问题在于：1、整体结构较大，对流场的干扰难以忽略；2、散布耙大多通过张线安装在风洞内，安装难度较大；3、散布耙横截面积较大，在风洞中所受阻力大，通过张线支撑易晃动，进一步干扰风洞流场和影响粒子散布效果。虽然一端固定的粒子散布管横截面积小，对流场的干扰也小，但是当散布管较长时由于仅一端固定，易引起振动影响粒子散布效果和流场品质。尽管两端固定的粒子散布管可以很好的解决散布管易震动的问题，但由于其位置固定，当模型安装位置不易调节时，PIV实验的可测量区域将会受到较大的限制。

发明内容

基于此，有必要针对传统的风洞粒子散布装置存在迎风面积较大、粒子散布效果不佳、测量区域受限等问题，提供一种对风洞流场干扰较小、粒子散布效果稳定均匀、散布区域可连续调节的示踪粒子散布装置。

本申请实施例提供一种PIV在风洞测试过程中的示踪粒子散布装置，包括：

支撑部，用于安装在风洞的收缩段末端的洞体上，支撑部至少包括一对相对的侧壁；