一種基于粒子圖像測速技術(shù)的壓力場計(jì)算方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于粒子圖像測速（PIV）技術(shù)的壓力場計(jì)算方法，該方法包括：計(jì)算得到初始壓力梯度矢量場后，計(jì)算所述初始壓力梯度矢量場的修正矢量場；依據(jù)所述初始壓力梯度矢量場和修正矢量場計(jì)算得到修正后的壓力梯度矢量場；對所述修正后的壓力梯度矢量場進(jìn)行積分，得到壓力場。本發(fā)明還同時(shí)公開了一種實(shí)現(xiàn)所述方法的裝置，從而提高壓力場的計(jì)算精度，且可簡化壓力場積分算法的復(fù)雜度，提高壓力積分效率。
【專利說明】一種基于粒子圖像測速技術(shù)的壓力場計(jì)算方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光測速【技術(shù)領(lǐng)域】中的粒子圖像測速(Particle ImageVelocimetry，簡稱PIV)技術(shù)，尤其涉及一種基于PIV技術(shù)的壓力場計(jì)算方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]PIV技術(shù)是一種現(xiàn)代激光測速技術(shù)，主要運(yùn)用于流場速度測量，通過追蹤示蹤粒子在流場中的運(yùn)動來得到流場速度場。PIV技術(shù)通過片光源或者體光源能實(shí)現(xiàn)二維或者三維速度場測量，通過高速相機(jī)成像還能實(shí)現(xiàn)時(shí)間解析的PIV實(shí)驗(yàn)測量，并利用流體力學(xué)控制方程，即N-S方程重構(gòu)得到和速度場耦合的流場壓力場。在壓力場重構(gòu)過程中主要涉及兩個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，即:流場壓力梯度矢量場的計(jì)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(jì)算和壓力積分方法通常采用多積分路徑方法。在其實(shí)現(xiàn)過程中，需要首先對速度場進(jìn)行測量，但是實(shí)驗(yàn)測量得到的速度場往往存在誤差，而且該誤差會在由時(shí)間解析的速度場求解壓力梯度矢量場的過程中被引入，并進(jìn)一步影響通過對壓力梯度矢量場進(jìn)行積分得到的壓力場。由于壓力積分方法比較復(fù)雜，很難分析出速度場中的誤差如何傳播并影響到最后的壓力場。可見，現(xiàn)有流場壓力場的計(jì)算精度并不高。此外，所述多積分路徑的壓力積分方法需要對流場某點(diǎn)的壓力采用大量不同路徑的積分來消除隨機(jī)誤差，因此壓力積分的工作量大、效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于PIV技術(shù)的壓力場計(jì)算方法和裝置。
[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于PIV技術(shù)的壓力場計(jì)算方法，該方法包括:
[0006]計(jì)算得到初始壓力梯度矢量場后，計(jì)算所述初始壓力梯度矢量場的修正矢量場；依據(jù)所述初始壓力梯度矢量場和修正矢量場計(jì)算得到修正后的壓力梯度矢量場；對所述修正后的壓力梯度矢量場進(jìn)行積分，得到壓力場。
[0007]其中，計(jì)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(shè)置與所述初始壓力梯度矢量場對應(yīng)的修正矢量場，并形成由初始壓力梯度矢量場和對應(yīng)的修正矢量場構(gòu)成的中心差分格式的無旋方程；
[0009]通過拉格朗日乘數(shù)法求解所述修正矢量場的最小二范數(shù)，依據(jù)所述最小二范數(shù)和所述中心差分格式的無旋方程形成拉格朗日函數(shù)，通過計(jì)算所述拉格朗日函數(shù)極值問題得到初始壓力梯度矢量場的修正矢量場。
[0010]優(yōu)選的，如果流場為三維結(jié)構(gòu)，設(shè)流場在(x，y，z)三個(gè)坐標(biāo)方向上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為Nx，Ny, Nz,則所述初始壓力梯度矢量場和對應(yīng)的修正矢量場構(gòu)成的中心差分格式的無旋方程為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于粒子圖像測速PIV技術(shù)的壓力場計(jì)算方法，其特征在于，該方法包括: 計(jì)算得到初始壓力梯度矢量場后，計(jì)算所述初始壓力梯度矢量場的修正矢量場；依據(jù)所述初始壓力梯度矢量場和修正矢量場計(jì)算得到修正后的壓力梯度矢量場；對所述修正后的壓力梯度矢量場進(jìn)行積分，得到壓力場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計(jì)算所述初始壓力梯度矢量場的修正矢量場的方法，包括: 設(shè)置與所述初始壓力梯度矢量場對應(yīng)的修正矢量場，并形成由初始壓力梯度矢量場和對應(yīng)的修正矢量場構(gòu)成的中心差分格式的無旋方程； 通過拉格朗日乘數(shù)法求解所述修正矢量場的最小二范數(shù)，依據(jù)所述最小二范數(shù)和所述中心差分格式的無旋方程形成拉格朗日函數(shù)，通過計(jì)算所述拉格朗日函數(shù)極值問題得到初始壓力梯度矢量場的修正矢量場。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，如果流場為三維結(jié)構(gòu)，設(shè)流場在(X，y,z)三個(gè)坐標(biāo)方向上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為Nx，Ny, Nz,則所述初始壓力梯度矢量場和對應(yīng)的修正矢量場構(gòu)成的中心差分格式的無旋方程為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述修正矢量場的最小二范數(shù)為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述拉格朗日函數(shù)為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述修正后的壓力梯度矢量場的計(jì)算方法為:泛1 二技,其中，所述;^為修正后的壓力梯度矢量場，所述為初始壓力梯度矢量場，所述C為修正矢量場。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述對修正后的壓力梯度矢量場進(jìn)行積分的方法包括:相互正交的積分路徑法。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述對修正后的壓力梯度矢量場進(jìn)行積分的方法包括:單積分路徑法或多積分路徑法。
9.一種基于粒子圖像測速PIV技術(shù)的壓力場計(jì)算裝置，其特征在于，該裝置包括:矢量場計(jì)算模塊、修正模塊和積分模塊；其中， 所述矢量場計(jì)算模塊，用于計(jì)算得到初始壓力梯度矢量場后，計(jì)算所述初始壓力梯度矢量場的修正矢量場； 所述修正模塊，用于依據(jù)所述初始壓力梯度矢量場和修正矢量場計(jì)算得到修正后的壓力梯度矢量場； 所述積分模塊，用于對所述修正后的壓力梯度矢量場進(jìn)行積分，得到壓力場。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述矢量場計(jì)算模塊計(jì)算初始壓力梯度矢量場的修正矢量場，為: 設(shè)置與所述初始壓力梯度矢量場對應(yīng)的修正`矢量場，并形成由初始壓力梯度矢量場和對應(yīng)的修正矢量場構(gòu)成的中心差分格式的無旋方程； 通過拉格朗日乘數(shù)法求解所述修正矢量場的最小二范數(shù)，依據(jù)所述最小二范數(shù)和所述中心差分格式的無旋方程形成拉格朗日函數(shù)，通過計(jì)算所述拉格朗日函數(shù)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】高琪, 王中一, 王成躍, 王晉軍 申請人:北京航空航天大學(xué)