一種基于粒子圖像測速技術的壓力場計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后，計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行積分，得到壓力場。本發(fā)明還同時公開了一種實現(xiàn)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復雜度，提高壓力積分效率。
【專利說明】一種基于粒子圖像測速技術的壓力場計算方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光測速【技術領域】中的粒子圖像測速(Particle ImageVelocimetry，簡稱PIV)技術，尤其涉及一種基于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(xiàn)代激光測速技術，主要運用于流場速度測量，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(xiàn)二維或者三維速度場測量，通過高速相機成像還能實現(xiàn)時間解析的PIV實驗測量，并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(huán)節(jié)，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采用多積分路徑方法。在其實現(xiàn)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，并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。由于壓力積分方法比較復雜，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?？梢?，現(xiàn)有流場壓力場的計算精度并不高。此外，所述多積分路徑的壓力積分方法需要對流場某點的壓力采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(fā)明內容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明實施例提供一種基于PIV技術的壓力場計算方法和裝置。
[0005]本發(fā)明實施例提供了一種基于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后，計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，并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(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，如果流場為三維結構，設流場在(x，y，z)三個坐標方向上的網格節(jié)點數(shù)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】
1.一種基于粒子圖像測速PIV技術的壓力場計算方法，其特征在于，該方法包括: 計算得到初始壓力梯度矢量場后，計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行積分，得到壓力場。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，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，并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(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)權利要求2所述的方法，其特征在于，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(jié)點數(shù)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(jù)權利要求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)權利要求1-5中任一項所述的方法，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)權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，所述對修正后的壓力梯度矢量場進行積分的方法包括:相互正交的積分路徑法。
8.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的方法，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技術的壓力場計算裝置，其特征在于，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，用于計算得到初始壓力梯度矢量場后，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，用于依據(jù)所述初始壓力梯度矢量場和修正矢量場計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行積分，得到壓力場。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，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，并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(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