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基于粒子图像分割的混合PIV-PTV算法
1
作者
李拓
张清福
+6 位作者
潘翀
陈爽
申俊琦
王宏伟
李晓辉
黄湛
王晋军
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2024年第2期68-75,I0002,共9页
粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)因其非接触场测量的特性,已成为空气动力学领域的主要测量工具。复杂流动的速度场往往具有非均匀性,示踪粒子难以在待测空间均匀分布。因此,在应用PIV互相关算法处理粒子稀疏区时,需要...
粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)因其非接触场测量的特性,已成为空气动力学领域的主要测量工具。复杂流动的速度场往往具有非均匀性,示踪粒子难以在待测空间均匀分布。因此,在应用PIV互相关算法处理粒子稀疏区时,需要采用更大的查询窗口以降低测量的不确定度,但会带来空间分辨率低的实际问题。而粒子追踪测速法(particle tracking velocimetry,PTV)追踪单个示踪粒子的跨帧位移,具有比PIV更高的空间分辨率,但难以适用于粒子浓度高的稠密区。针对PIV、PTV各自的优点,本文发展了一种基于粒子图像分割的混合PIV-PTV测速技术。首先定义了基于维诺多边形的粒子局部浓度量度,用以计算示踪粒子在粒子图像上的局部浓度场;其次通过设定的浓度阈值对粒子进行二分类,使用基于高斯核函数的支持向量机寻找出最优的分类边界,从而实现对粒子图像的粒子稀疏区和稠密区的划分;最后对两个区域分别使用PIV和PTV进行速度场计算,并合并为完整的速度场输出。仿真结果表明,上述方法可实现对粒子图像中的示踪粒子稀疏区和稠密区的自动划分,有效提高速度场测量的空间分辨率。将该方法应用在马赫数Ma=6的湍流边界层近壁测量中,可有效解决高速条件下粒子因强剪切难以进入边界层近壁区的问题,显著提高对近壁流动的解析能力。
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关键词
粒子图像测速
混合piv-ptv
粒子图像分割
支持向量机
维诺多边形
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职称材料
题名
基于粒子图像分割的混合PIV-PTV算法
1
作者
李拓
张清福
潘翀
陈爽
申俊琦
王宏伟
李晓辉
黄湛
王晋军
机构
北京航空航天大学流体力学教育部重点实验室
北京航空航天大学宁波创新研究院先进飞行器与空天动力创新研究中心
中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所
中国航天空气动力技术研究院
出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2024年第2期68-75,I0002,共9页
基金
国家自然科学基金(61935008,91952301)
国家重点研发计划(2020YFA0405700)。
文摘
粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)因其非接触场测量的特性,已成为空气动力学领域的主要测量工具。复杂流动的速度场往往具有非均匀性,示踪粒子难以在待测空间均匀分布。因此,在应用PIV互相关算法处理粒子稀疏区时,需要采用更大的查询窗口以降低测量的不确定度,但会带来空间分辨率低的实际问题。而粒子追踪测速法(particle tracking velocimetry,PTV)追踪单个示踪粒子的跨帧位移,具有比PIV更高的空间分辨率,但难以适用于粒子浓度高的稠密区。针对PIV、PTV各自的优点,本文发展了一种基于粒子图像分割的混合PIV-PTV测速技术。首先定义了基于维诺多边形的粒子局部浓度量度,用以计算示踪粒子在粒子图像上的局部浓度场;其次通过设定的浓度阈值对粒子进行二分类,使用基于高斯核函数的支持向量机寻找出最优的分类边界,从而实现对粒子图像的粒子稀疏区和稠密区的划分;最后对两个区域分别使用PIV和PTV进行速度场计算,并合并为完整的速度场输出。仿真结果表明,上述方法可实现对粒子图像中的示踪粒子稀疏区和稠密区的自动划分,有效提高速度场测量的空间分辨率。将该方法应用在马赫数Ma=6的湍流边界层近壁测量中,可有效解决高速条件下粒子因强剪切难以进入边界层近壁区的问题,显著提高对近壁流动的解析能力。
关键词
粒子图像测速
混合piv-ptv
粒子图像分割
支持向量机
维诺多边形
Keywords
particle image velocimetry
hybrid
piv-ptv
particle image segmentation
support vector machines
Voronoi polygons
分类号
V211.71 [航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于粒子图像分割的混合PIV-PTV算法
李拓
张清福
潘翀
陈爽
申俊琦
王宏伟
李晓辉
黄湛
王晋军
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
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