[發明專利]一種基于PIV的環空流場特性測量系統及方法

有效

• 申請號: 202210111315.8
• 申請日: 2022-01-29
• 公開（公告）號: CN114441798B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 黃中偉;周一粟;李根生;張壯壯;宋先知;史懷忠;王海柱;楊睿月;姜天文
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G01P5/20
• 分類號: G01P5/20;G01P5/22;G01M10/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李雅琪;徐煥

1.一種基于PIV的環空流場特性測量系統，其特征在于，包括環空管路和PIV測量裝置；

所述環空管路包括外管和內管；所述外管上設置有出水口和入水口，用于向所述外管和內管所構成的環空中輸入測試液體；所述測試液體中包含有示蹤粒子；所述內管外周安裝有變截面裝置；所述變截面裝置具有不同長度和/或環徑和/或形狀，以提供不同的環空流動結構；

所述PIV測量裝置用于獲取對應于環空管路的互相關圖像，并基于所述互相關圖像計算環空流場速度，進而根據所述環空流場速度得到環空流場參數；所述環空流場特性包括環空流場速度和環空流場參數；所述環空流場參數包括流線分布、流速矢量分布、渦結構特征和演化形式中的至少一種；所述互相關圖像用于表示不同時刻示蹤粒子在流場中的位置。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述PIV測量裝置包括CCD相機；所述CCD相機用于拍攝所述互相關圖像；

所述環空流場特性測量系統還包括導軌；所述導軌用于放置所述CCD相機；在所述CCD相機的拍攝范圍小于預設測量區域時，所述CCD相機基于所述導軌進行移動以使CCD相機的綜合拍攝區域覆蓋預設測量區域。

3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述外管上設置有測壓點；所述環空流場特性測量系統還包括壓差表和流量計；所述壓差表用于基于不同位置的測壓點測量不同距離的環空流場壓力損失；所述流量計用于測量環空管路中的流量大小。

4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述基于所述互相關圖像計算環空流場速度，包括：

獲取互相關圖像中示蹤粒子的位置信息；

基于不同互相關圖像之間的時間間隔和所述示蹤粒子的位置信息確定示蹤粒子運動速度；

綜合所述示蹤粒子運動速度確定環空流場速度。

5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述PIV測量裝置還包括脈沖激光器和導光臂；所述導光臂的出口處設置有片光源，用于將脈沖激光器所發射的光線轉化為片光源并照射在流場待測區域內；所述導光臂用于調節所述流場待測區域的位置。

6.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述環空流場特性測量系統中包括至少兩段環空管路；相鄰的環空管路之間通過方形法蘭連接。

7.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述環空管路設置在觀察箱中；所述觀察箱為立方體；所述觀察箱和外管為透明亞克力材料。

8.一種基于PIV的環空流場特性測量方法，其特征在于，所述環空流場特性包括環空流場速度和環空流場參數；所述方法包括：

向環空管路中輸入測試流體；所述環空管路由外管和內管構成；所述測試流體中包含有示蹤粒子；所述內管外周安裝有變截面裝置；所述變截面裝置具有不同長度和/或環徑和/或形狀，以提供不同的環空流動結構；

利用PIV測量裝置獲取對應于所述環空管路的互相關圖像；所述互相關圖像用于表示不同時刻示蹤粒子在流場中的位置；

基于所述互相關圖像計算環空流場速度；

根據所述環空流場速度計算環空流場參數；所述環空流場參數包括流線分布、流速矢量分布、渦結構特征和演化形式中的至少一種。