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| 1 | 基于粒子图像测速技术的液力变矩器涡轮内流场测试与分析显示文摘液力变矩器是自动变速器的主要部件,其在乘用车、载重汽车、公共汽车和机车上的应用广泛。液力变矩器内部流动特性影响其外部性能,为了深入研究其内部流动特性,基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对液力变矩器涡轮内流场进行试验研究。采用帧频为1 000帧/s的CCD高速相机,在不同工况下(输入与输出的转速比分别取0、0.3、0.5、0.7)采集不同粒子直径、不同粒子浓度下的流动图像,经过图像预处理,对连续两帧图像进行互相关计算,获得涡轮径向切面的速度场和涡量场。通过对流场分布结构和流动区域上复杂流动现象的对比分析,发现投入流场中粒子浓度越高(1 500mL蒸馏水中投入2.4 g粒子)、粒子直径越小(10μm)时,识别并提取流动区域上的流动参数越丰富,流速场和涡量场信息越可靠。液力变矩器内部高梯度流场分布结构和非均匀流速场分布导致出现多尺度涡旋和反向流等复杂流动现象,造成液力变矩器内部流动能量损耗,随转速比提高,涡轮流场结构趋于规律,能耗逐渐降低。该文试验测量与分析结果对于液力变矩器结构优化和性能提升提供了参考。 | 柴博森 王玉建 刘春宝 马文星 王文博 | 2015 | 农业工程学报2015，31，12： | 16 |
| 2 | 密集颗粒体系的颗粒运动及结构测量技术显示文摘颗粒材料由大量粗颗粒堆积形成,是复杂的多体相互作用体系,呈现出颗粒尺度的结构不均匀和动力学不均匀性的基本特征,这决定了颗粒材料具有很多独特的宏观性质.借鉴学科历史的发展途径,基于统计力学,从颗粒结构和动力学开始建立颗粒材料体系的宏观连续介质力学理论框架是必然途径.但是,颗粒材料的基本特征决定了从基本理论到实验手段上,表征与建立颗粒材料结构与性能的相关性都极其困难.这是由于现有测试分析手段所描述的颗粒系统组织结构过于简单化,缺乏对颗粒结构和动力学的真正认识,从而制约了颗粒物质研究的发展.因此,开展颗粒体系结构和动力学性质的测量,是理解和认识颗粒材料重要物理和力学问题的基础和依据.笔者来自不同的科研院所,近十年来开展了颗粒体系结构和动力学性质的测量研究,主要集中于以下两个方向:(1)数字图像测速法、散斑能见度光谱法和X射线-CT等非侵入式测量技术在颗粒运动方面的应用;(2)体积响应谱、力学谱(有效质量和内耗等)和声速测量技术等直接或间接测量颗粒接触力和颗粒结构技术.本文综述了这些实验手段的基本原理及其特点、取得的主要成果,以及国际最新进展和困难.最后是对全文的总结,结合笔者开展测量的经验和教训,提出了自己的看法,并试图展望颗粒材料测量技术研究的前景. | 杨晖 张国华 王宇杰 孙其诚 | 2018 | 力学进展2018，48，1： | 13 |
| 3 | Tomographic PIV investigation on coherent vortex structures over shark-skin-inspired drag-reducing riblets显示文摘Nature has shown us that the microstructure of the skin of fast-swimming sharks in the ocean can reduce the skin friction drag due to the well-known shark-skin effect.In the present study,the effect of shark-skin-inspired riblets on coherent vortex structures in a turbulent boundary layer(TBL) is investigated.This is done by means of tomographic particle image velocimetry(TPIV) measurements in channel fl ws over an acrylic plate of drag-reducing riblets at a friction Reynolds number of 190.The turbulent fl ws over drag-reducing riblets are verifie by a planar time-resolved particle image velocimetry(TRPIV) system initially,and then the TPIV measurements are performed.Two-dimensional(2D) experimental results with a dragreduction rate of around 4.81% are clearly visible over triangle riblets with a peak-to-peak spacing s+of 14,indicating from the drag-reducing performance that the buffer layer within the TBL has thickened;the logarithmic law region has shifted upward and the Reynolds shear stress decreased.A comparison of the spatial topological distributions of the spanwise vorticity of coherent vortex structures extracted at different wall-normal heights through the improved quadrant splitting method shows that riblets weaken the amplitudesof the spanwise vorticity when ejection(Q2) and sweep(Q4) events occur at the near wall,having the greatest effect on Q4 events in particular.The so-called quadrupole statistical model for coherent structures in the whole TBL is verified Meanwhile,their spatial conditional-averaged topological shapes and the spatial scales of quadrupole coherent vortex structures as a whole in the overlying turbulent fl w over riblets are changed,suggesting that the riblets dampen the momentum and energy exchange between the regions of near-wall and outer portion of the TBL by depressing the bursting events(Q2 and Q4),thereby reducing the skin friction drag. | Shao-Qiong Yang Shan Li Hai-Ping Tian Qing-Yi Wang Nan Jiang | 2016 | Acta Mechanica Sinica2016，32，2： | 8 |
| 4 | 通气空泡流动特性研究现状及进展显示文摘通气空泡是一种复杂的多尺度多相流动现象,尤其是通气局部空泡,不同尺度空泡旋涡的生成、发展、脱落及其相互作用,会造成流体动力发生剧烈、复杂的变化,对超空泡的生成、发展与稳定性有着重要作用。本文首先从实验测量和数值模拟两个角度,综述了通气空泡流动特性研究的发展概况,分析了当前存在的问题。在通气空泡流动实验研究中,主要介绍了实验平台、通气空泡形态、内部流场结构以及流体动力测量等方面所取得的进展。在数值模拟方法中,对目前的多相流模型和湍流模型进行了分类介绍;之后,总结了通气空泡的流态特征及不同流态间的转变机制、通气局部空泡的非定常脱落特性等;最后展望了通气空泡流动的研究方向和未来发展趋势。 | 黄彪 黄瀚锐 刘涛涛 张孟杰 王国玉 | 2020 | 空气动力学学报2020，38，4： | 6 |
| 5 | 基于层析PIV的湍流边界层展向涡研究显示文摘层析PIV是一种现代激光测速技术,能实现三分量空间体内三分量(3D3C)速度场的测量。应用层析PIV测量Re_τ=1768的平板湍流边界层,得到150个瞬时速度场,测量体的大小为80mm×16mm×45mm。旋涡强度λ_(ci)准则用来进行涡识别,而旋涡强度在展向的投影λzci被用来识别展向涡。根据λ^z_(ci)的连通域得到展向涡位置后,统计了展向涡沿法向的变化规律,并给出了在流向-法向平面内高低速区域和正负展向涡空间位置的关系。统计结果表明:随着法向高度的增加,展向涡的强度逐渐降低;负展向涡的流向平均速度高于正展向涡,且流向速度与法向速度有很强的依赖性;在小尺度范围内,流向-法向平面内的高低速流动区域与正负展向涡的空间位置密切相关。 | 王洪平 高琪 魏润杰 王晋军 | 2016 | 实验流体力学2016，30，2： | 4 |
| 6 | 聚焦光场成像三维粒子场重建方法显示文摘层析重建是层析粒子图像测速(Tomo-PIV)技术实现三维粒子位置和强度信息(三维粒子场)重构的核心步骤。相比于多相机的Tomo-PIV技术,单聚焦光场相机通过一次成像能够同时采集示踪粒子的散射光的方向和位置信息。因此,提出一种单聚焦光场相机的层析重建技术用于重构流场中的三维粒子场信息。为了验证本文方法的可行性及准确性,利用几何光学建立了示踪粒子的光场成像模型,利用光线追迹技术计算了粒子在聚焦光场相机中的成像,对比了被测流场中位于不同深度位置的粒子在聚焦光场相机中的成像差异;建立了基于单聚焦光场相机的层析重建数学模型,利用乘法代数重构技术(MART)对模拟所得的光场图像进行反演计算,实现了三维粒子场的重构,并利用归一化互相关系数来表征粒子的重建质量。结果表明,单个粒子在Z轴方向上的位置精度为±0.35 mm,初步证明了基于聚焦光场成像理论的三维粒子场重建方法的可行性。 | 曹丽霞 张彪 宋祥磊 许传龙 王式民 | 2017 | 北京航空航天大学学报2017，43，11： | 4 |
| 7 | 基于高速纹影/阴影成像的流场测速技术研究进展显示文摘本文对近年基于纹影/阴影成像的二维和三维速度场测量方法进行了综述,主要内容包括纹影成像的基本原理、硬件设备和测速算法的研究进展。在二维测速方面,介绍了纹影/阴影PIV算法、光流算法及改进算法的原理、适用场景以及优缺点。纹影特性改进光流测速算法可以实现高精度、高空间分辨率的速度场计算,适用范围相对较广。在三维粒子追踪测速方面,主要介绍了层析阴影成像、双视角平行光段阴影成像、双视角汇聚光段阴影成像三种系统的光路设置,并对各自采用的粒子重构和追踪算法进行了比较。双视角阴影成像系统的光路布置更为简洁,降低了对硬件设备的要求,在高速测量中更具优势。梳理了近年来三维粒子追踪测速算法的发展脉络,重点介绍了“先追踪–后重构”和“时间–空间耦合”的双视角三维粒子追踪测速算法。时间–空间耦合的三维粒子追踪测速算法充分利用了时间和空间信息,将时序信息引入立体匹配过程中,显著提升了双视角阴影成像系统在粒子图像密度较高时的重构正确率和追踪准确率,其整体性能优于多种人工智能算法。测速算法在上述方面取得的研究进展,结合短曝光、高帧频的图像采集优势,使得纹影/阴影成像成为一种新型的高帧频、高精度的速度测量技术,在复杂湍流及高瞬态流场实验研究中具有广泛的应用前景。 | 朱海军 王倩 梅笑寒 吴羽 赵长颖 | 2022 | 实验流体力学2022，36，2： | 4 |
| 8 | Dual-basis reconstruction techniques for tomographic PIV显示文摘As an inverse problem, particle reconstruction in tomographic particle image velocimetry attempts to solve a large-scale underdetermined linear system using an optimization technique. The most popular approach, the multiplicative algebraic reconstruction technique(MART), uses entropy as an objective function in the optimization. All available MART-based methods are focused on improving the efficiency and accuracy of particle reconstruction. However, those methods do not perform very well on dealing with ghost particles in highly seeded measurements. In this report, a new technique called dual-basis pursuit(DBP), which is based on the basis pursuit technique, is proposed for tomographic particle reconstruction. A template basis is introduced as a priori knowledge of a particle intensity distribution combined with a correcting basis to enable a full span of the solution space of the underdetermined linear system. A numerical assessment test with 2D synthetic images indicated that the DBP technique is superior to MART method, can completely recover a particle field when the number of particles per pixel(ppp) is less than 0.15, and can maintain a quality factor Q of above 0.8 for ppp up to 0.30. Unfortunately, the DBP method is difficult to utilize in 3D applications due to the cost of its excessive memory usage. Therefore, a dual-basis MART was designed that performed better than the traditional MART and can potentially be utilized for 3D applications. | YE ZhiJian GAO Qi WANG HongPing WEI RunJie WANG JinJun | 2015 | Science China(Technological Sciences)2015，58，11： | 4 |
| 9 | 泵轮轴向振动条件下高速液力耦合器特性显示文摘针对泵轮轴向振动条件下高速液力耦合器特性问题,基于RNG k-ε模型、流体体积法(volume of fluid,VOF)两相流模型、动网格技术、压力隐式算子分裂(pressure-implicit with splitting of operators,PISO)算法和变时间步长法对液力耦合器泵轮在轴向振动条件下的内流场进行数值模拟,通过试验完成对模型的准确性验证。分析液力耦合器流道内部两相流动规律以及受力特性,结果表明:与径向振动相比,相同振幅条件下的轴向振动对循环圆内流量脉动和泵轮、涡轮转矩影响较大;额定转速越高,其泵轮、涡轮转矩脉动幅值、轴向力波动范围越大;振动频率越大,泵轮、涡轮转矩偏差越大;轴向振动幅值越大,泵轮涡轮转矩波动范围越大。从减小转矩波动范围和轴向力的角度控制轴向窜动值不应超过0.04 mm较为合适。 | 苏华山 陈从平 赵美云 高振军 余万 张扬军 | 2017 | 农业工程学报2017，33，7： | 3 |
| 10 | 基于机器学习方法的三维粒子重构技术显示文摘通过三维粒子重构获取粒子场的分布情况是层析粒子图像测速的关键步骤,有限二维投影下的三维粒子重构是一个欠定的反问题,其精确解往往很难得到。一般情况下,可以通过优化方法得到近似解。为了获取质量更高的粒子场并用于层析粒子图像测速,提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的粒子重构方法。所提出的技术可以从基于传统的代数重构技术(Algebraic Reconstruction Technique,ART)的方法所得到的粗略粒子分布中进一步提高粒子重构质量。与现有的基于ART的算法相比,新技术在重构质量方面有了显著的改进,可以有效剔除虚假粒子并更准确地还原粒子形状,并且在粒子浓度较稠密的情况下计算速度至少快了一个数量级。 | 朱浩然 高琪 王洪平 廖相巍 赵亮 魏润杰 王晋军 | 2021 | 实验流体力学2021，35，3： | 2 |
| 11 | 基于光场相机层析法的颗粒三维位置测量显示文摘利用光场相机采集颗粒图像,改进层析反演算法,可以快速准确地获得颗粒三维空间位置.基于光场相机成像原理,建立光线正向追迹模型,在此基础上对图像非零像素发出的光线进行反向追迹,实现非零像素与空间体素之间的映射,构建层析法反演颗粒三维位置的模型.根据提出的降维求解MART算法权重矩阵方法,结合相似三角形原理提高颗粒深度位置的反演精度.依据高斯Blob模型,将强度最大的体素中心位置作为反演的颗粒三维位置.实验证明改进型MART算法明显减少了计算时间及所需内存,x轴坐标误差为±0.16 mm,y轴坐标误差为±0.18 mm,z轴坐标误差为±1.8 mm,满足精度要求,更加适用于对计算速度要求较高的场合,具有良好实际应用价值. | 顾高霏 赵军 孔明 郭天太 王道档 | 2020 | 光子学报2020，49，8： | 2 |
| 12 | Filtering enhanced tomographic PIV reconstruction based on deep neural networks显示文摘Tomographic particle image velocimetry(Tomo-PIV)has been successfully applied in measuring three-dimensional(3D)flow field in recent years.Such technology highly relies on the reconstruction technique which provides the spatial particle distribution by using images from multiple cameras at different viewing angles.As the most popular reconstruction method,the multiplicative algebraic reconstruction technique(MART)has advantages in high computational speed and high accuracy for low particle seeding reconstruction.However,the accuracy is not satisfactory in the case of dense particle distributions to be reconstructed.To overcome this problem,a symmetric encode-decoder fully convolutional network is proposed in this paper to improve the reconstruction quality of MART.The input of the neural network is the particle field reconstructed by the MART approach,while the output is the regenerated image with the same resolution.Numerical evaluations indicate that those blurred or irregular particles can be significantly refined by the trained neural network.Most of the ghost particles can also be removed by this filtering method.The reconstruction accuracy can be improved by more than 10%without increasing the computational cost.Experimental evaluations indicate that the trained neural network can also provide similar satisfactory reconstruction and improved velocity fields. | Jiaming Liang Shengze Cai Chao Xu Jian Chu | 2020 | IET Cyber-Systems and Robotics2020，2，1： | 2 |
| 13 | 光场层析成像三维流场测量方法研究显示文摘光场相机通过一次曝光能同时记录光场的辐射强度、位置及方向信息。本文利用单光场相机代替多相机系统记录三维流场图像,研究了一种基于光场成像理论的层析粒子图像测速(光场tomo-PIV)技术,用于三维流场3D-3C速度场的测量。在粒子场重建中,提出一种适用于光场相机的Multiplicative First Guess-Expectation Maximization(EM)层析重建技术。进行了数值模拟验证该算法的准确性。首先,利用光线追迹技术产生粒子的光场图像;然后利用MFG-MART反演光场图像重构出三维粒子场;最后,利用三维互相关技术计算3D-3C速度场分布,并对比分析了两种不同互相关窗口尺寸下的速度场精度。然后,搭建了基于单聚焦光场相机的tomo-PIV系统并开展了实验研究。数值模拟及实验结果表明所提出的方法能够用于3D-3C速度场的测量。 | 曹丽霞 许传龙 | 2019 | 工程热物理学报2019，40，7： | 1 |
| 14 | Particle reconstruction of volumetric particle image velocimetry with the strategy of machine learning显示文摘Three-dimensional particle reconstruction with limited two-dimensional projections is an under-determined inverse problem that the exact solution is often difficult to be obtained.In general,approximate solutions can be obtained by iterative optimization methods.In the current work,a practical particle reconstruction method based on a convolutional neural network(CNN)with geometry-informed features is proposed.The proposed technique can refine the particle reconstruction from a very coarse initial guess of particle distribution that is generated by any traditional algebraic reconstruction technique(ART)based methods.Compared with available ART-based algorithms,the novel technique makes significant improvements in terms of reconstruction quality,robustness to noise,and at least an order of magnitude faster in the offline stage. | Qi Gao Shaowu Pan Hongping Wang Runjie Wei Jinjun Wang | 2021 | Advances in Aerodynamics2021，3，1： | 0 |
| 15 | 颗粒体流-固特性的实验研究方法评述显示文摘颗粒材料是一种常见的复杂多体物质,其形态各不相同,颗粒之间通过相互作用使其表现出十分复杂的流体或固体特性。因此结合理论、实验及模拟的方法对颗粒材料进行研究,可以进一步发现颗粒的物理规律并对其进行表征,同时也有助于学者对颗粒材料的特性形成更加系统的认识。本文对颗粒材料在不同物质状态下表现出的不同流态特性与多尺度特点进行简要介绍,同时回顾了颗粒材料流-固特性的研究现状与2种状态下的实验研究方法,概括了相关测量方法的优缺点。 | 黄继成 吴敏杨 杨福俊 | 2023 | 实验力学2023，38，3： | 0 |
| 16 | 复合多地层双排抗滑桩加固效果物理模型试验研究显示文摘实际工程中复合多层结构的地质体广泛存在,而抗滑桩是边坡工程中一种常见的加固手段。因此,探究复合多层地层条件下双排桩对边坡的加固特征具有重要的现实意义。本文首先基于相似材料制作不同类型的物理模型;然后搭建应变、应力、速度等多手段集成式监测系统,实时捕捉桩-滑坡体-滑床的力学演化规律;最后开展双排抗滑桩加固多层地层边坡的物理模型试验研究,分析复合多层地层条件下抗滑桩与滑坡体相互作用特征、抗滑桩荷载分担比及最优桩布设等。试验结果表明:不同地层和地质层面对桩身应变和弯矩的影响显著,据此总桩长可减小为当前长度的5/7;构建了双排桩对滑坡体推力的分担比与排距的关系模型;当排距为5D(D为桩直径)时,双排桩荷载分担均衡,充分发挥了双排桩的协同作用,且桩变形在规范范围内。因此,最优桩排距确定为5D。研究成果可对复合多层滑坡双排抗滑桩设计提供支撑。 | 罗晓娟 李群 刘根 祝国强 | 2023 | 科技通报2023，39，7： | 0 |
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