水槽中格栅振动湍流的PIV数据分析

发布时间：2023-10-22 12:59

　　海洋湍流混合是控制大洋环流的重要因素,波浪在上层海洋混合中起重要作用,波-湍相互作用是非破碎波浪致湍流混合的重要机制。我们基于风-浪-流多功能实验水槽开展实验,利用ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)和PIV(Particle Image Velocimetry)测量了水体速度脉动,希望阐明波-湍相互作用的强度和机理。本文主要分析单纯格栅振动产生湍流实验获取的部分PIV数据,聚焦于PIV影像亚像素匹配精度、PIV使用过程中粒子浓度、直径和每对照片的时间间隔对测量结果的影响,以及格栅振动产生湍流的基本特征等问题。利用计算机仿真粒子图像精确控制仿真粒子亚像素位移,讨论了不同窗口下二次多项式曲面拟合法与基于梯度亚像素位移算法的匹配精度以及粒子浓度和大小的影响。针对粒子均匀移动的理想情况,发现二次多项式曲面拟合法的匹配精度随匹配窗口的增大而提高,而基于梯度亚像素位移算法的匹配精度几乎不随匹配窗口的增大而改变,在匹配窗口为16×16、32×32、64×64时,两种亚像素算法的匹配精度均在0.1个像素内。针对理想旋涡的粒子图像,在匹配窗口为16×16的情况下,两种匹配...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 波致混合研究现状
        1.1.1 波浪破碎致湍流混合
        1.1.2 波-湍相互作用
        1.1.3 非破碎表面波致湍流混合
    1.2 振动格栅产生湍流
    1.3 PIV测量技术介绍
    1.4 本文拟解决的主要问题及主要工作内容
第二章 PIV亚像素匹配精度及粒子大小和浓度的影响
    2.1 计算机仿真粒子图像生成方法
    2.2 亚像素位移匹配算法介绍
        2.2.1 互相关匹配算法获取整像素位移
        2.2.2 二次多项式曲面拟合法
        2.2.3 基于梯度的亚像素位移算法
    2.3 粒子均匀移动情况下曲面拟合法与基于梯度亚像素位移算法精度对比
    2.4 粒子浓度对测量结果的影响
        2.4.1 利用二次多项式曲面拟合法得到的结果
        2.4.2 利用基于梯度位移算法得到的结果
    2.5 粒子直径对测量结果的影响
        2.5.1 利用二次多项式曲面拟合法得到的结果
        2.5.2 利用基于梯度亚像素位移算法得到的结果
    2.6 理想涡旋流场下的误差分析
    2.7 本章小结
第三章 水槽中格栅振动产生湍流的PIV数据分析
    3.1 格栅振动产生湍流实验介绍
        3.1.1 实验水槽情况
        3.1.2 格栅振动产生湍流实验情况
    3.2 原始图像的分析与处理
        3.2.1 粒子图像的数据质量分析
        3.2.2 粒子图像中所含粒子大小与粒子浓度分析
    3.3 两种亚像素算法匹配结果比较
    3.4 格栅湍流特征分析及PIV不同时间间隔影响
        3.4.1 速度场基本特征分析
        3.4.2 流速的概率分布特征
        3.4.3 湍流的均匀各向同性特征
        3.4.4 频率及波数谱分析
        3.4.5 格栅振动产生湍流的长时序列分析
    3.5 本章小结
第四章 总结与展望
    4.1 本文工作总结
    4.2 展望
参考文献
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致谢



本文编号：3856566