一種基於粒子圖像測速技術的壓力場計算方法和裝置製造方法
2023-05-23 13:46:26 2
一種基於粒子圖像測速技術的壓力場計算方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於粒子圖像測速（PIV）技術的壓力場計算方法，該方法包括：計算得到初始壓力梯度矢量場後，計算所述初始壓力梯度矢量場的修正矢量場；依據所述初始壓力梯度矢量場和修正矢量場計算得到修正後的壓力梯度矢量場；對所述修正後的壓力梯度矢量場進行積分，得到壓力場。本發明還同時公開了一種實現所述方法的裝置，從而提高壓力場的計算精度，且可簡化壓力場積分算法的複雜度，提高壓力積分效率。
【專利說明】一種基於粒子圖像測速技術的壓力場計算方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及雷射測速【技術領域】中的粒子圖像測速(Particle ImageVelocimetry，簡稱PIV)技術，尤其涉及一種基於PIV技術的壓力場計算方法和裝置。
【背景技術】
[0002]PIV技術是一種現代雷射測速技術，主要運用於流場速度測量，通過追蹤示蹤粒子在流場中的運動來得到流場速度場。PIV技術通過片光源或者體光源能實現二維或者三維速度場測量，通過高速相機成像還能實現時間解析的PIV實驗測量，並利用流體力學控制方程，即N-S方程重構得到和速度場耦合的流場壓力場。在壓力場重構過程中主要涉及兩個技術環節，即:流場壓力梯度矢量場的計算和對壓力梯度的積分。
[0003]目前，所述流場壓力梯度矢量場的計算和壓力積分方法通常採用多積分路徑方法。在其實現過程中，需要首先對速度場進行測量，但是實驗測量得到的速度場往往存在誤差，而且該誤差會在由時間解析的速度場求解壓力梯度矢量場的過程中被引入，並進一步影響通過對壓力梯度矢量場進行積分得到的壓力場。由於壓力積分方法比較複雜，很難分析出速度場中的誤差如何傳播並影響到最後的壓力場。可見，現有流場壓力場的計算精度並不高。此外，所述多積分路徑的壓力積分方法需要對流場某點的壓力採用大量不同路徑的積分來消除隨機誤差，因此壓力積分的工作量大、效率低。
【發明內容】
[0004]為解決現有技術存在的問題，本發明實施例提供一種基於PIV技術的壓力場計算方法和裝置。
[0005]本發明實施例提供了一種基於PIV技術的壓力場計算方法，該方法包括:
[0006]計算得到初始壓力梯度矢量場後，計算所述初始壓力梯度矢量場的修正矢量場；依據所述初始壓力梯度矢量場和修正矢量場計算得到修正後的壓力梯度矢量場；對所述修正後的壓力梯度矢量場進行積分，得到壓力場。
[0007]其中，計算所述初始壓力梯度矢量場的修正矢量場的方法，包括:
[0008]設置與所述初始壓力梯度矢量場對應的修正矢量場，並形成由初始壓力梯度矢量場和對應的修正矢量場構成的中心差分格式的無旋方程；
[0009]通過拉格朗日乘數法求解所述修正矢量場的最小二範數，依據所述最小二範數和所述中心差分格式的無旋方程形成拉格朗日函數，通過計算所述拉格朗日函數極值問題得到初始壓力梯度矢量場的修正矢量場。
[0010]優選的，如果流場為三維結構，設流場在(x，y，z)三個坐標方向上的網格節點數分別為Nx，Ny, Nz,則所述初始壓力梯度矢量場和對應的修正矢量場構成的中心差分格式的無旋方程為:
【權利要求】
1.一種基於粒子圖像測速PIV技術的壓力場計算方法，其特徵在於，該方法包括: 計算得到初始壓力梯度矢量場後，計算所述初始壓力梯度矢量場的修正矢量場；依據所述初始壓力梯度矢量場和修正矢量場計算得到修正後的壓力梯度矢量場；對所述修正後的壓力梯度矢量場進行積分，得到壓力場。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，計算所述初始壓力梯度矢量場的修正矢量場的方法，包括: 設置與所述初始壓力梯度矢量場對應的修正矢量場，並形成由初始壓力梯度矢量場和對應的修正矢量場構成的中心差分格式的無旋方程； 通過拉格朗日乘數法求解所述修正矢量場的最小二範數，依據所述最小二範數和所述中心差分格式的無旋方程形成拉格朗日函數，通過計算所述拉格朗日函數極值問題得到初始壓力梯度矢量場的修正矢量場。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，如果流場為三維結構，設流場在(X，y,z)三個坐標方向上的網格節點數分別為Nx，Ny, Nz,則所述初始壓力梯度矢量場和對應的修正矢量場構成的中心差分格式的無旋方程為:
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述修正矢量場的最小二範數為:
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述拉格朗日函數為:
6.根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其特徵在於，所述修正後的壓力梯度矢量場的計算方法為:泛1 二技,其中，所述;^為修正後的壓力梯度矢量場，所述為初始壓力梯度矢量場，所述C為修正矢量場。
7.根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其特徵在於，所述對修正後的壓力梯度矢量場進行積分的方法包括:相互正交的積分路徑法。
8.根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其特徵在於，所述對修正後的壓力梯度矢量場進行積分的方法包括:單積分路徑法或多積分路徑法。
9.一種基於粒子圖像測速PIV技術的壓力場計算裝置，其特徵在於，該裝置包括:矢量場計算模塊、修正模塊和積分模塊；其中， 所述矢量場計算模塊，用於計算得到初始壓力梯度矢量場後，計算所述初始壓力梯度矢量場的修正矢量場； 所述修正模塊，用於依據所述初始壓力梯度矢量場和修正矢量場計算得到修正後的壓力梯度矢量場； 所述積分模塊，用於對所述修正後的壓力梯度矢量場進行積分，得到壓力場。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述矢量場計算模塊計算初始壓力梯度矢量場的修正矢量場，為: 設置與所述初始壓力梯度矢量場對應的修正`矢量場，並形成由初始壓力梯度矢量場和對應的修正矢量場構成的中心差分格式的無旋方程； 通過拉格朗日乘數法求解所述修正矢量場的最小二範數，依據所述最小二範數和所述中心差分格式的無旋方程形成拉格朗日函數，通過計算所述拉格朗日函數極值問題得到初始壓力梯度矢量場的修正矢量場。
【文檔編號】G06F19/00GK103729564SQ201410005284
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月6日 優先權日:2014年1月6日
【發明者】高琪, 王中一, 王成躍, 王晉軍 申請人:北京航空航天大學