[發明專利]一種流場測量系統和流量波動工況下瞬態流場的測量方法

在審

• 申請號: 202110478954.3
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113281002A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 李興;楊文;游曦鳴;謝浩;王強龍;邱金榮;姚世衛
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01P5/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種流場測量系統，其特征在于，包括：

高速相機，所述高速相機上安裝有遠心鏡頭，用于對流量波動工況下的瞬時流場進行拍攝；

脈沖信號發生器，與所述高速相機相連，所述高速相機用于根據所述脈沖信號發生器發射的脈沖信號頻率控制拍攝速度；

數據存儲計算機，與所述脈沖信號發生器相連，用于控制所述脈沖信號發生器輸出脈沖信號，并與所述高速相機相連，用于接收所述高速相機拍攝的圖像數據，并對圖像數據進行分析，獲取瞬時流場的波動情況；

連續激光器，用于為所述高速相機的流場拍攝提供連續照明及光強條件。

2.根據權利要求1所述的流場測量系統，其特征在于，還包括：

偏振鏡頭組，設置在所述連續激光器的前方，用于將所述連續激光器的發射光合成一束扇形面光源。

3.根據權利要求1所述的流場測量系統，其特征在于，

所述連續激光器包括光學鏡頭組，所述光學鏡頭組用于消除激光片光在軸向和橫向上的光強高斯分布。

4.根據權利要求1所述的流場測量系統，其特征在于，

所述脈沖信號發生器輸出的脈沖信號頻率為4Hz，所述高速相機的拍攝速度為4000fps，像素為1024×1024pixels。

5.一種流量波動工況下瞬態流場的測量方法，其特征在于，使用如權利要求1至4中任一項所述的流場測量系統，所述測量方法包括：

步驟S1，在流場中加入示蹤粒子；

步驟S2，獲取流量波動工況的工況周期，通過高速相機拍攝多個工況周期內均具有示蹤粒子的圖像，其中，根據脈沖信號發生器輸出的脈沖信號，在每次脈沖信號觸發后拍攝多張圖像，單個工況周期內觸發多次脈沖信號；

步驟S3，將單一工況周期按脈沖信號的頻率分為多個連續相位，從每個工況周期內同一相位的圖像中提取示蹤粒子的速度信息和位置信息；

步驟S4，根據示蹤粒子的速度信息和位置信息獲取示蹤粒子在水平方向和豎直方向上的瞬時速度波動幅值，并根據瞬時速度波動幅值得到流量波動工況下的流場湍流波動數據。

6.根據權利要求5所述的流量波動工況下瞬態流場的測量方法，其特征在于，所述步驟S4包括：

步驟S41，以坐標位置(x，y)表示示蹤粒子的位置信息；

步驟S42，將示蹤粒子的速度信息分解為水平方向和豎直方向上的速度分量，分別用u、v表示，并根據每個工況周期內同一相位的示蹤粒子的速度分量獲取示蹤粒子在每個相位的平均速度值u(x，y，φ)、v(x，y，φ)，其中，u(x，y，φ)表示水平方向上的速度，v(x，y，φ)示垂直方向上的速度，φ表示相位編號；

步驟S43，獲取示蹤粒子的瞬時速度分量，根據瞬時速度分量和平均速度值，通過計算得到示蹤粒子的瞬時速度波動幅值：

u_i′(x，y，φ)＝u_i(x，y，φ，i)-u(x，y，φ)

v_i′(x，y，φ)＝v_i(x，y，φ，i)-v(x，y，φ)

其中，(x，y)表示示蹤粒子的坐標位置，i表示圖像的編號，u_i(x，y，φ，i)表示第i個圖像中的示蹤粒子在第φ個相位的水平方向上的瞬時速度，v_i(x，y，φ，i)表示第i個圖像中的示蹤粒子在第φ個相位的垂直方向上的瞬時速度；

步驟S44，根據瞬時速度波動幅值通過計算得到流量波動工況下的流場湍流波動數據：

其中，N為圖像的數量。

7.根據權利要求5或6所述的流量波動工況下瞬態流場的測量方法，其特征在于，所述步驟S3包括：

步驟S31，將單一工況周期按脈沖信號的頻率分為多個連續相位；

步驟S32，根據圖像，獲取每個工況周期下的同一相位的流場偏差，選取流場偏差較小的相位作為樣本；

步驟S33，從樣本中提取示蹤粒子的速度信息和位置信息。