3D3C层析PIV
更新时间：2025-02-19 17:19:26 字号：T|T
3D3C-PIV3维粒子图像测速是将平面粒子测速扩展到了三维空间粒子测速，用多个具备双曝光功能工业相机或高速摄像机记录示踪粒子在体空间内极短时间的（百纳秒级）运动轨迹，使用互相关算法重建3维灰度分布得到体积流场中三个速度(X，Y，Z) 矢量。
1. 三维速度场
- 三维瞬时速度矢量：在空间三个方向上的速度分量，提供流场的完整三维速度分布。
- 时间分辨速度场：结合高速摄像系统，可获取瞬态速度变化，分析非定常流动现象。
2. 流动结构参数
- 涡量（Vorticity）：通过速度梯度计算得到流体的旋转特性（如涡旋强度、涡核位置）。
- 应变率张量（Strain Rate Tensor）：用于分析剪切流动和能量耗散。
- 湍流参数：
- 湍动能（Turbulent Kinetic Energy, TKE）：反映湍流脉动能量。
- 雷诺应力（Reynolds Stress）：表征湍流脉动动量输运。
- 湍流耗散率（Turbulent Dissipation Rate）：通过速度梯度计算能量耗散。
3. 流动动力学参数
- 速度梯度场：用于计算流体的旋转、拉伸和剪切特性。
- 压力场：结合速度场和流体力学方程，通过计算流体动力学估算压力分布。
- 流线、迹线和脉线：可视化流动路径，分析流动分离、再附着等特征。
4. 特殊流动特征
- 涡旋结构：识别涡旋的生成、演化及相互作用（如涡破碎、合并）。
- 剪切层：分析边界层、混合层等区域的流动特性。
- 湍流拟序结构：捕捉大尺度湍流结构的时空演化。
5. 多物理场耦合参数
- 气液/气固多相流：结合示踪粒子与相分离算法，可分析如气泡、颗粒运动。
- 温度场关联：若与热成像技术结合，可研究热对流或燃烧流场中的速度-温度耦合效应。
技术优势与适用场景
- 三维空间分辨率：相比传统2D-PIV，可捕捉复杂三维流动结构（如涡环、螺旋流）。
- 非侵入式测量：适用于高速、高温或敏感流场（如燃烧室、生物流体）。
- 动态范围广：低速微流动（如微流体芯片）高速湍流（如喷气发动机尾流）。
(哥廷根DLR1米风洞处的双体Tomo PIV系统)
(TOMO-PIV重构火焰三维流场）
532/527nm双脉冲激光器
单脉冲能量：50-1000mJ
脉 宽：8-10ns
重 复 频 率：20-10kHz
科学级相机
分 辨 率：100万-2000万像素不等
帧 率：100-150,000FPS不等
跨帧时间：210ns
同步控制器
通 道 数：2/4/8通道
同步精度：200ns
抖 动：30ps
TOMO-PIV软件
典型应用领域
- 空气动力学：机翼绕流、涡旋脱落、湍流边界层。
- 流体机械：涡轮机、泵、风扇内部流动优化。
- 燃烧与反应流：火焰结构、燃料混合过程。
- 生物流体力学：心血管流动、昆虫飞行流场。
- 环境流体：大气扩散、河流湍流、海洋环流。
