摘要
粒子图像测速仪(ParticleImageVelocimetry)是通过高速相机和激光器以及示踪粒子进行流速测量的流场测量技术。与传统测量技术相比，PIV技术不会对被测流场产生干扰，并且可以实现全场瞬态测量，具有较高的测量精度。已经在诸多领域中得到应用，逐渐成为重要的流场测量技术。在实际应用中，PIV测量精度一直是使用者最关心的问题，但目前还没有一个通用的PIV校准方法。因此，迫切需要建立一套PIV校准方法，完善PIV测量结果的量值传递与溯源体系，提高PIV的测量能力，从而实现PIV在更多领域中的应用。 为提高PIV测量准确度，实现PIV测量结果的定量分析。本文通过对PIV测量原理和系统组成的研究，得到两个影响测量结果的重要因素，即粒子位移Δs和跨帧时间Δt，对两个影响因素开展不确定度评定；并且设计了基于激光多普勒测速仪(LaserDopplerVelocimeter)校准PIV的实验方案，对其不确定度开展了系统评估。本文主要研究成果如下： (1)对粒子位移Δs开展不确定度评定，其主要影响因素有：图像畸变、激光片光厚度、示踪粒子光学性能以及相机标定。对其研究得到以下结论：实验所使用的CCD相机所发生的图像畸变，对Δs的影响较小，可以忽略；实验中将激光片光厚度设置为1mm左右，可最大程度的消除片光厚度对Δs的影响；根据实验对粒子光学性能的要求，选择不同材质、不同粒径的示踪粒子。因此，粒子位移不确定度主要来源为相机标定，对相机标定进行不确定度评定，得出粒子位移Δs扩展不确定度为0.08mm(k=2)。 (2)对跨帧时间Δt开展不确定度评定，对其工作原理研究得知，主要影响因素为：同步器工作频率、同步器时间间隔、CCD相机响应延迟、激光器响应延迟。分别对这四种影响因素进行不确定度评定，最终得到跨帧时间Δt相对扩展不确定度为1.3%(k=2)。 (3)设计了一套基于LDV校准PIV实验方案。以开口式风洞为流场发生装置，LDV为标准器，通过对风洞实验段流场品质评估、LDV测量位置、PIV后处理参数等研究，设计校准实验方案。校准实验后，对测量结果进行详细的不确定度分析，在流速为(1~30)m/s的范围内，PIV测量结果扩展不确定度为1.549%(k=2)。
NETL