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摘要： 介绍了粒子图像速度场仪（PIV）的特点，结合在水流流场中的实际应用，为CFD实验研究提供了验证的依据。CFD的研究大多采用商用软件和自编程序进行模拟实验,其存在着模型精度及边界条件较难控制，计算结果的准确性难预测等问题，相反通过实验验证的CFD研究较少，通过流场测定精密仪器的使用，为室内气流流动数值仿真实验验证提供了条件，对室内气流研究具有重要意义。
关键词： PIV特点 应用 CFD 验证
1 引言 计算流体力学(CFD)的飞速发展，使其对很多流动状况进行数值模拟，而CFD的研究大多采用商用软件和自编程序进行模拟实验[1]，其存在着模型精度及边界条件较难控制，计算结果的准确性难预测等问题，相反通过实验验证的CFD研究较少，为此我校建立了标准气流室，并先后引进了热线热膜风速仪（HWFA）[2]和粒子图像速度场仪（PIV），通过上述流场测定精密仪器的使用，为室内气流流动数值仿真实验验证提供了条件，对室内气流研究具有重要意义。本文将介绍PIV的特点及应用。 2 PIV的原理及特点
原理：由脉冲激光源通过柱面镜和球面镜形成的片光源，照亮流场中的一个很薄的（约2mm厚）流场层片；在与片光源相垂直方向的CCD或照相机摄下了流场层片中的流动粒子的图像；然后把图像数字化送入计算机，利用自相关或互相关原理进行图像处理,PIV光路系统图和原理图见图1、图2。 图1 PIV光路 系统图2 PIV原理 Fig.1 Light system of PIV Fig.2 Theprinciple of PIV 其特点[3]如下：
（1）PIV能对多种瞬态流场进行测试。比如燃烧火焰场，内燃机，自然对流，火箭发射，尾部流场，火炮发射口流场等等都是典型的瞬态流场。
（2）PIV能测量流动的空间结构。通常只有在同一时刻记录下整个信息场时才能看到空间结构的。如在高湍流流动中，采用整体平均的数据不适合于保持流动中不断改变的空间结构，且平均数据的过程容易引起流动结构图像的消失，只有通过诸如PIV技术才有可能获得流动中的小尺度结构的逼真的图像。
（3）PIV能对某些稳定流场进行测试。实际流动中存在着很多特殊情况，比如狭窄流场，其流动本身是稳定的，但流场狭小，而HWFA（热线热膜风速计）又会破坏流场的状态[2]，此时PIV技术可以大显身手。
经过近十年的发展，二维平面PIV的应用范围已经十分广泛，具体可用于以下研究：1）内流研究（例如各种发动机流场）；2）高速气流的涡流、湍流分析（例如火焰喷射器流场）；3）室内外气流的流场分析（例如空调房间气流场）；4）各种流态的水流分析（例如水泵吸水池流动状态）；5）风洞等大型设备中各种模型状态下的复杂流动（例如低速开口风洞飞机流场）；6）涡流研究（例如搅拌器流场）；7）医学中微循环、血液流动研究（例如人造心脏动脉瘤流场）。
３ 相似理论[4]及模型的建立
空调房间经常遇到两股射流对喷而导致气流短路的情况，为了研究两股气流的运动状况，本实验应用水流来模拟气流的流场，下面利用相似性原理来建立模型。 二维稳态层流流动Navier-Stokes方程的无因次守恒形式如下：
连续性方程
，
动量方程
，
。
控制方程分别采用、作为长度、速度的特征尺度进行无因次参数化，其中
无因次变量分别定义如下：
，。Re是控制方程中的影响因子，故有
上式中：
U, V—— x, y方向无因次速度分量， X, Y ——无因次坐标系
P —— 无因次压力， H ——空间高度或特征尺寸
ν——空气的动力粘度， a ——离散方程系数
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