[發(fā)明專利]非定常空化流場可視化試驗數(shù)據(jù)處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710576436.9
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107367371B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 趙宇;張健;王靖;范國芳;操小龍
• 申請（專利權）人: 北京機電工程研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 中國兵器工業(yè)集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉瑞東

本發(fā)明涉及一種非定常空化流場可視化試驗數(shù)據(jù)處理方法，屬于多相流體力學技術領域。本發(fā)明的非定常空化流場可視化試驗數(shù)據(jù)處理方法，充分考慮空化流動的非定常特性進行設計，提高了可視化試驗數(shù)據(jù)處理效率，降低了成本；該方法能夠針對非定常空化流場結(jié)構進行統(tǒng)計分析，準確高效地獲取空穴脫落周期，空泡面積、空化渦帶的平均長度等非定常空化流場特征參數(shù)，提升了非定常特性展示效果。

技術領域

本發(fā)明涉及多相流體力學技術領域，具體涉及一種非定常空化流場可視化試驗數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術

空化的非定常過程包含空穴的形成、發(fā)展、脈動、斷裂、空泡脫落和潰滅等多種復雜流動現(xiàn)象，這些物理現(xiàn)象關系到航空航天領域的水下兵器、跨水空介質(zhì)武器以及能源開發(fā)領域中的流體機械的研制與生產(chǎn)，與國家安全、國民經(jīng)濟發(fā)展密切相關。因此，開展空化非定常流動特性的研究有著重要的科學意義和工程價值。

由于非定常空化流動的復雜性，試驗研究一直是推動人們對空化流動機理認識的基本方法。隨著試驗技術的發(fā)展，高速攝像、粒子圖像測速系統(tǒng)等流場測量設備逐漸應用到空化研究中來，然而，由于空化現(xiàn)象的非定常特性顯著，采用上述試驗手段只能測量獲取某一時刻的流場信息，采用動畫方式對獲取的瞬時流場結(jié)構進行處理又涉及到數(shù)據(jù)量大，難以準確捕捉流場結(jié)構隨時間的變化規(guī)律以及流場結(jié)構發(fā)展演變的統(tǒng)計性數(shù)據(jù)，無法清晰直觀地反應例如空泡的游離-潰滅、空泡周期脫落等非定常流場結(jié)構。因此，針對空化流動非定常特性，有必要創(chuàng)新可視化試驗數(shù)據(jù)處理技術，以發(fā)展和完善適用于科學研究及工程設計需求的非定常空化流場結(jié)構描述方法。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明要解決的技術問題是：如何設計一種針對非定常空化流場的可視化試驗數(shù)據(jù)處理方法。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種非定常空化流場可視化試驗數(shù)據(jù)處理方法，包括以下步驟：

步驟一：獲取非定常空化流場可視化試驗數(shù)據(jù)

獲取某一時間段內(nèi)非定常空化流場圖像，根據(jù)空化流場非定常特征選取高速相機采樣頻率以及拍攝時間，高速相機采樣頻率取空化非定常特征頻率的5～10倍，拍攝時間至少包含4～6個空化非定常特征周期，從而獲取多張連續(xù)二維空化流場圖像，所述二維空化流場圖像中包含無空化條件下的二維流場圖像作為背景；

步驟二：二維空化流場圖像預處理及初步分析

針對連續(xù)拍攝的二維空化流場圖像進行處理，去掉作為背景的無空化條件下的二維流場圖像，獲得的圖像即為非定常空化流場初始形態(tài)圖，然后對非定常空化流場初始形態(tài)圖依次進行閾值修改、灰度修改、手動處理這些去干擾處理，從而獲得可辨別空穴或空泡形態(tài)的流場圖像，對所獲取的流場圖像進行空化流場非定常特性統(tǒng)計分析，得到非定常空化流場特征參數(shù)；

步驟三：三維非定常空化流場圖像建立

將步驟二中處理之后得到的一組二維流場圖像進行疊加處理，即按照拍攝時間順序?qū)⒚繌垐D像對應的二維數(shù)據(jù)放到一個三維數(shù)組中，該三維數(shù)組包含空化非定常流場信息，然后采用流場顯示技術對三維數(shù)組進行可視化處理，獲得三維非定常空化流場圖像，對所述三維非定常空化流場圖像進行非定常特性分析工作。

優(yōu)選地，步驟三中對所述三維非定常空化流場圖像進行非定常特性分析工作具體為：進行空穴或空泡演化過程分析以及周期統(tǒng)計。

優(yōu)選地，步驟二中對所獲取的流場圖像進行空化流場非定常特性統(tǒng)計分析具體為：進行空穴圖像的邊界提取、空穴或空泡面積統(tǒng)計。

優(yōu)選地，步驟三中采用Tecplot軟件對三維數(shù)組進行可視化處理。